JP2011099358A - Fuel injection valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン内に燃料を噴射する燃料噴射弁に関するものであり、特に、高い燃料圧での低電流駆動(低エネルギ駆動)において有効な燃料噴射弁に関するものである。 The present invention relates to a fuel injection valve that injects fuel into an engine, and more particularly to a fuel injection valve that is effective in low current driving (low energy driving) at a high fuel pressure.
従来、燃料噴射弁内にニードルを昇降可能に収容し、そのニードルを昇降駆動して噴孔を開閉するようにしている。そのニードルの駆動方式として、特許文献1に知られているような直動タイプがある。直動タイプの燃料噴射弁は、ソレノイドや圧電素子などのアクチュエータによりニードルを直接駆動して、ニードルを引き上げるものである。
Conventionally, a needle is accommodated in a fuel injection valve so as to be movable up and down, and the needle is driven up and down to open and close the nozzle hole. As a driving method of the needle, there is a linear motion type as known in
この直動タイプの燃料噴射弁では、図2の(d)に示すように、ソレノイドの非通電時には、圧縮ばねの圧縮ばね力(付勢力)Fspgdにより、ニードルが、閉弁位置に保持される。この時、噴孔が閉じ、燃料噴射弁による燃料噴射が停止される。 In this direct acting type fuel injection valve, as shown in FIG. 2D, when the solenoid is not energized, the needle is held in the closed position by the compression spring force (biasing force) Fspgd of the compression spring. . At this time, the nozzle hole is closed and fuel injection by the fuel injection valve is stopped.
一方、開弁時は、ソレノイドが通電されると可動コアが、固定コアに吸引され、圧縮ばねの圧縮ばね力Fspgdに抗して、ニードルが開弁側に移動する。これにより、噴孔が開き、燃料噴射が行われるものである。 On the other hand, at the time of valve opening, when the solenoid is energized, the movable core is attracted to the fixed core, and the needle moves to the valve opening side against the compression spring force Fspgd of the compression spring. Thereby, an injection hole opens and fuel injection is performed.
また、供給された燃料の燃圧力Fpfdをニードルで受けるため、開弁するためには、その燃圧力Fpfdとニードルの閉弁動作のために付勢される圧縮ばね力Fspgd及び摺動抵抗力Frdの合力以上の強い電磁吸引力(必要吸引力)Fsdが必要となる。そのため、ソレノイドが大型化(高エネルギ化)するという問題が有った。 In order to open the valve to receive the fuel pressure Fpfd of the supplied fuel with the needle, the fuel pressure Fpfd and the compression spring force Fspgd and the sliding resistance force Frd biased for the valve closing operation of the needle are required. A strong electromagnetic attraction force (necessary attraction force) Fsd greater than the resultant force is required. Therefore, there has been a problem that the solenoid becomes larger (higher energy).
このような問題に鑑みて、特許文献2に記載の燃料噴射弁が知られている。図3は、従来の特許文献2に記載の燃料噴射弁の縦断面図である。図4は、図3の燃料噴射弁におけるニードルの円錐状先端面周りの拡大図である。
In view of such a problem, a fuel injection valve described in
この特許文献2の燃料噴射弁は、図3及び図4に示すように、ニードル7に、開弁時にも閉弁時にも、燃料圧による開弁方向及び閉弁方向の力が発生しないものである。
As shown in FIGS. 3 and 4, the fuel injection valve of
即ち、図3のニードル7は、圧縮ばね10の圧縮ばね力により閉弁せしめられる構造である。また、ソレノイド9を励磁すれば、そのとき発生する電磁吸引力によってニードル7が開弁する。
That is, the
この場合、圧縮ばね10の圧縮ばね力および摺動抵抗力に打ち勝つだけの電磁吸引力を発生させればよいので、小さな吸引力を発生するだけで充分であり、従って、ソレノイド9として、小型のものを用いることができる(低エネルギ化できる)。
In this case, since it is sufficient to generate an electromagnetic attractive force that can overcome the compression spring force and sliding resistance force of the
具体的には、上記作用効果を得るために、次の構造を採用している。即ち、図4のシート面16の当接部20、21間のシート径d1と、図3の環状段部40の上方におけるニードル小径部41の径d2sと、バランスロッド受容孔7a内の大径部11bの外径d3とが等しく形成されている(d1=d2s=d3)。
Specifically, in order to obtain the above-described effects, the following structure is adopted. That is, the sheet diameter d1 between the
それによって、ニードル7が閉弁していようと、開弁していようと、ニードル7の閉弁方向に作用する燃料圧と、ニードル7の開弁方向に作用する燃料圧とを、常にバランスさせるようにしている。
Accordingly, whether the
換言すれば、ニードル7が閉弁し、ニードル7が、図4のシート面16の当接部20、21に着座しているときには、ニードル7の先端面周辺部45(図4)に作用する燃料圧と、図3の各環状段部40、46に作用する燃料圧とが等しい。
In other words, when the
即ち、ニードル7が閉成し、静止しているときには、ニードル7の先端面周辺部45(図4)の燃料圧と、各環状断部40及び46(図3)の燃料圧とが等しい。また、このとき、ニードル7の先端面中央部50(図4)と圧力室17(図3)とには、極めて小さな圧力ではあるが、同じ燃料圧が加わっている。
That is, when the
ところが、上述したように、シート面16のシート径d1(図3、図4)と、ニードル小径部41の外径d2sとが等しいので、図4の先端面周辺部45に加わる開弁方向の燃料圧と、各環状段部40、46(図3)に加わる閉弁方向の燃料圧とが等しくなっている。また、シート面16のシート径d1とバランスロッド受容孔7a内の大径部11bの外径d3とが等しくなっている。そのために、先端面中央部50(図4)に加わる開弁方向の燃料圧と、バランスロッド受容孔7a(図3)内の圧力室17に加わる閉弁方向の燃料圧とが等しくなる。
However, as described above, since the seat diameter d1 (FIGS. 3 and 4) of the
従って、ニードル7には、燃料圧による開弁方向の力も閉弁方向の力も発生しないことになる。この特許文献2に記載された燃料噴射弁の開弁開始時に、ニードル7に働く外力を示したのが、図2の(c)である。
Therefore, neither force in the valve opening direction nor force in the valve closing direction due to the fuel pressure is generated in the
この図2の(c)のように、ニードル7を動かすのに必要な摺動抵抗力Frcと、圧縮ばね力Fspgcに対して、ソレノイド9の必要吸引力Fscが、バランスする以上の力を出せば開弁でき、燃料圧は考慮しなくても良いため、ソレノイド9による必要吸引力Fscを小さくすることが出来る。従って、上記特許文献2の構造は、ソレノイド9の小型化(低エネルギ化)という点で優れている。
As shown in FIG. 2 (c), the necessary suction force Fsc of the
ところが、上記特許文献2の技術では、以下の問題がある。第1に、バランスロッド11の軸方向位置が拘束されていない(バランスロッド11は上方においてステータコア60に当接しているが、燃料圧によって宙に浮いている状態であり、下方に動き得る)ため、噴射時に、ニードル7とバランスロッド11トータルの慣性質量が、噴射空間圧力やエンジン振動などで変化し、噴射量がばらつくという問題がある。
However, the technique of
第2に、可動部品点数が多く、構造が複雑である。かつ、このために、接合部が多く、組み付け性が悪く、組み付け精度も悪く成り易いという問題がある。第3に、ニードルリフト量の調整、あるいは圧縮ばね力を調整する機構が存在しないという問題がある。 Second, the number of moving parts is large and the structure is complicated. For this reason, there are problems that there are many joints, the assembling property is poor, and the assembling accuracy is liable to deteriorate. Thirdly, there is a problem that there is no mechanism for adjusting the needle lift amount or adjusting the compression spring force.
以下、これについて、更に詳述する。先ず、構造が複雑な点について説明すると、図3に示すように、ニードル小径部41のニードル大径部55側には、ニードル膨大部56が形成されている。
This will be described in further detail below. First, the complicated structure will be described. As shown in FIG. 3, a
バランスロッド受容孔7a内の大径部11bをニードル内部に組み付けるためには、ニードル7をニードル大径部55とニードル膨大部56に切り分けないと組み付けられない。よって、部品点数大かつ組み付け性が悪い。
In order to assemble the
また、ニードル7のニードル小径部41に連結された可動のコア(吸引板)12が、上方でステータコア60に吸引されるが、圧縮ばね10の圧縮ばね力の調整機構は、特に存在しないことが明らかである。またニードル7のニードルリフト量を調整する機構についても存在していない。
Further, although the movable core (suction plate) 12 connected to the needle
本発明は、このような上記技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、必要吸引力を直動タイプの燃料噴射弁に比べて小さくでき、ソレノイドが小型に構成でき(低エネルギ)、バランスロッドの安定した位置決めを特別な部材を用いずに行うことが出来、噴射性能が安定する燃料噴射弁を得ることにある。 The present invention has been made by paying attention to such problems existing in the above-described technology, and its purpose is to reduce the required suction force compared to a direct-acting type fuel injection valve, and to reduce the size of the solenoid. It is possible to obtain a fuel injection valve that can be configured (low energy), can perform stable positioning of the balance rod without using a special member, and has stable injection performance.
従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。 Descriptions of patent documents listed as prior art can be introduced or incorporated by reference as explanations of technical elements described in this specification.
本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1に記載の発明では、ソレノイドと、該ソレノイドを収容し保持するハウジングと、該ハウジングの内周面に形成された中空ホルダ部材とを備え、中空ホルダ部材内に形成された固定ヨーク部材と、該固定ヨーク部材内に形成された圧縮ばね位置決め部材と、固定ヨーク部材に開弁時のニードルリフトに必要な隙間を介して対向しソレノイドの電磁力にて隙間分だけ開弁方向に移動するコアとを備え、圧縮ばね位置決め部材によって位置が確定するバランスロッドのフランジ部と、該バランスロッドのフランジ部とコアの間に保持された圧縮ばねとを備え、バランスロッドのフランジ部から圧縮ばねの圧縮方向に伸び、フランジ部と反対側の端面において圧力室と対面したバランスロッドと、圧力室に連通する連通孔が形成されシート面に当接して閉弁作用をなしシート面から離間して開弁作用をなす先端部を有すると共に、バランスロッドを包み込みコアに連結されたニードルとを備え、ニードルの周囲に燃料室を形成し、シート面が形成されたボデーを先端部に有するホルダ本体と、ボデーに形成され、開弁時に燃料室と連通し連通孔を介して圧力室に連通する噴孔及びサック室とを備え、圧力室とバランスロッドとニードルとの間の隙間を介してホルダ本体の外部に連通する燃料リターン通路を備え、ニードルは、燃料室から供給された燃料圧によりニードルに開弁方向の力を付与する受圧部を備え、圧縮ばねによるコア及びニードルのシート面方向への押付け力と、開弁時の移動に伴う摺動抵抗力との合力以上の力を、開弁方向へのソレノイドの電磁力と共に受圧部がニードルに付与することを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means. In other words, the invention according to
この発明によれば、ニードルが閉弁していようと、開弁していようと、ニードルの閉弁方向に作用する燃料圧と、ニードルの開弁方向に作用する燃料圧とを、常にバランスさせるのではなく、燃料圧によって開弁方向に力が作用するニードルの受圧部を有する。故に、必要吸引力を直動タイプの燃料噴射弁に比べて小さくでき、ソレノイドを小型に構成(低エネルギ化)できる。また、バランスロッドの安定した位置決めに、圧縮ばねの力を活用することにより、バランスロッドの安定した位置決めがなされるので、噴射空間圧力やエンジン振動等でバランスロッドが振動することが抑制でき、噴射弁の噴射性能が安定する。即ち、ニードル7及びバランスロッドの軸方向の動きが抑制でき、噴射時に、ニードルやバランスロッドの慣性質量が、エンジン振動等で変化することが少なく、噴射量が均一に成り易い。かつ、燃料圧によって、開弁方向に力が作用するニードルの受圧部を有することにより、圧縮ばねを比較的強くして、バランスロッドの安定性を更に強化したり閉弁時の応答性を改善したりするか、または、圧縮ばねの大きさを従来程度にしてソレノイドを更に小型化することが任意に出来る。
できる。
According to this invention, regardless of whether the needle is closed or opened, the fuel pressure acting in the needle closing direction and the fuel pressure acting in the needle opening direction are always balanced. Instead, it has a pressure receiving portion of the needle in which a force acts in the valve opening direction by the fuel pressure. Therefore, the required suction force can be made smaller than that of the direct-acting type fuel injection valve, and the solenoid can be made compact (low energy). Moreover, since the balance rod is stably positioned by utilizing the force of the compression spring for stable positioning of the balance rod, it is possible to suppress vibration of the balance rod due to injection space pressure, engine vibration, etc. The injection performance of the valve is stabilized. That is, the axial movement of the
it can.
請求項2に記載の発明では、受圧部は、ニードルの噴孔側の先端に形成されたリング状の受圧段差からなることを特徴としている。
The invention according to
この発明によれば、リング状の受圧段差からなる受圧部によって、均一にニードルに燃料圧を作用させることが出来る。 According to the present invention, the fuel pressure can be uniformly applied to the needle by the pressure receiving portion including the ring-shaped pressure receiving step.
請求項3に記載の発明では、閉弁時にシート面に当接部にて当接するニードルの当接部間の径であるシート径d1からニードルの外径が受圧部を経由して、拡大されたニードルの外径d2を形成しており、バランスロッドは圧力室に対面する大径部を有し、該大径部の外径をd3としたとき、シート径d1と、ニードルの外径d2と、バランスロッド大径部の外径d3との関係が、実質的にd2>d1=d3となることを特徴としている。 In the third aspect of the invention, the outer diameter of the needle is enlarged via the pressure receiving portion from the seat diameter d1, which is the diameter between the contact portions of the needle that contacts the seat surface at the contact portion when the valve is closed. The outer diameter d2 of the needle is formed, and the balance rod has a large diameter portion facing the pressure chamber. When the outer diameter of the large diameter portion is d3, the seat diameter d1 and the outer diameter d2 of the needle And the outer diameter d3 of the large-diameter portion of the balance rod is characterized by substantially satisfying d2> d1 = d3.
この発明によれば、シート径d1とニードルの外径d2との間に、受圧部を必要な大きさで形成することが出来る。 According to the present invention, the pressure receiving portion can be formed in a necessary size between the seat diameter d1 and the outer diameter d2 of the needle.
請求項4に記載の発明では、圧縮ばねによるコアとニードルとをシート面方向に付勢する圧縮ばねの力をFspgとし、ニードルの先端部に印加される単位面積あたりの燃料圧力をFpfとし、受圧部のリング状の面積が、(π/4)×{(d2)2−(d1)2}で表せるとき、圧縮ばねの力をFspgと、受圧部によりニードルに加わる力との関係を、
Fspg>Fpf×(π/4){(d2)2―(d1)2)}
としたことを特徴としている。
In the invention according to
Fspg> Fpf × (π / 4) {(d2) 2- (d1) 2 )}
It is characterized by that.
この発明によれば、必要吸引力を直動タイプに比べて小さくでき、かつ、必要吸引力が小さいにも係らず、圧縮ばね力を強化することが出来て、燃料が燃料噴射弁内に充填され燃料圧が印加された場合に、ソレノイドによる吸引力が発生するまで、閉弁を安定して続ける燃料噴射弁を提供できる。 According to the present invention, the required suction force can be reduced as compared with the direct acting type, and the compression spring force can be strengthened even though the required suction force is small, and the fuel is filled in the fuel injection valve. When the fuel pressure is applied, it is possible to provide a fuel injection valve that keeps the valve closed stably until a suction force is generated by the solenoid.
請求項5に記載の発明では、ハウジングの内周面に形成された中空ホルダ部材に、固定ヨーク部材と、該固定ヨーク部材内に形成された圧縮ばね位置決め部材とを備え、固定ヨーク部材は、中空ホルダ部材に圧入またはねじ込みにより結合されたリフト調整部材から成り、圧入またはねじ込みの量が調整されることにより、開弁時のニードルリフトに必要な隙間が設定されることを特徴としている。
In the invention according to
この発明によれば、ニードルリフトに必要な隙間を調整して、開弁時にニードルがソレノイド方向に移動するニードルリフト量を設定して燃料噴射特性の均一な燃料噴射弁にすることが出来る。 According to the present invention, it is possible to adjust the gap necessary for the needle lift and set the needle lift amount that the needle moves in the solenoid direction when the valve is opened, thereby obtaining a fuel injection valve having uniform fuel injection characteristics.
請求項6に記載の発明では、圧縮ばね位置決め部材は、圧縮ばね調整部材から成り、固定ヨーク部材内に、圧入またはねじ込みにより結合されており、圧入またはねじ込みの量が調整されることにより、圧縮ばねの圧縮量が設定されることを特徴としている。 In the invention according to claim 6, the compression spring positioning member is composed of a compression spring adjusting member, and is coupled to the fixed yoke member by press-fitting or screwing. By adjusting the amount of press-fitting or screwing, the compression spring positioning member is compressed. The amount of compression of the spring is set.
この発明によれば、圧縮ばねの圧縮力を調整することにより、圧縮ばねの力を調整して、所望の閉弁時応答性を得ることができ、燃料噴射特性の均一な燃料噴射弁にすることが出来る。 According to the present invention, by adjusting the compression force of the compression spring, the force of the compression spring can be adjusted to obtain a desired valve closing response, and the fuel injection valve has uniform fuel injection characteristics. I can do it.
請求項7に記載の発明では、ニードルが、噴孔を備えた先端部からコアに連結された根元部に至るまで同一材料で連続的に一体に形成されていることを特徴としている。
The invention according to
この発明によれば、ニードルの構造が接合部の少ないシンプルな構造になり、ニードルの製作ないし組みつけが容易になる燃料噴射弁にすることが出来る。 According to this invention, the structure of the needle has a simple structure with few joints, and the fuel injection valve can be easily manufactured or assembled.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図1および図2を用いて詳細に説明する。図1は、第1実施形態のガソリン直噴エンジン用の燃料噴射弁1の縦断面図である。図1において、図示しないコモンレールから20MPa程度の燃料圧で燃料が燃料フィードパイプ2を介して供給されるものである。3は、上部にフランジ部3aを有する円筒状のプラグであり、ステンレスで構成されている。4は、シールリングであり、ゴムで構成されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a
5は、圧縮ばね位置決め部材を構成する中空円筒状の圧縮ばね調整部材であり、同じく円筒状のリフト調整部材(固定ヨーク部材ともいう)6内に圧入(またはねじ込み)されている。5cは、圧入部(またはねじ込み部)からなる進入量調整部である。この圧入量(進入量)は、後述するように、スプリングから成る圧縮ばね10の圧縮ばね力の調整を行う作用を成す。
A hollow cylindrical compression
8は、ハウジングであり、磁性材より成る電磁ステンレスから構成され、内部にソレノイド9が収納され、ソレノイド9が発生する磁束の磁路となるヨークを形成している。ハウジング8の内周には、リフト調整部材6を圧入(またはねじ込み)する圧入部(またはねじ込み部)からなる挿入量調整部6cが形成されている。
A
10は、スプリングからなる圧縮ばねであり、バランスロッド11のバランスロッドフランジ部11aの下端11a1に圧縮ばね10の一端が保持されている。圧縮ばね10の他端は、電磁ステンレスからなるコア12の窪みの底部12aに当接している。
また、この圧縮ばね10の強さは、調節可能であるが、噴孔25a、25bを介して、図示しないエンジンの気筒内の圧力変動が、サック室26及び連通孔18を介して圧力室17に加わったときに、バランスロッド11の下方向への移動を充分に抑制できる程度の強さに設定されている。
The strength of the
コア(可動コア、アーマチャとも呼ばれる)12は、ソレノイド9に通電されて電磁力が発生したときに、電磁ステンレスからなるリフト調整部材6に吸引される。
A core (also referred to as a movable core or an armature) 12 is attracted to a lift adjustment member 6 made of electromagnetic stainless steel when the
コア12の上側端面12bとリフト調整部材6の下端面6aとの間には、数十ミクロンの微小な隙間G1が形成されており、この隙間G1が、ニードル7のニードルリフト量と成る。このニードルリフト量と成る隙間G1の調整は、ニードル7が閉弁位置にあるときに、コア12とリフト調整部材6との相対位置を調整することで、可能となっている。このために、上記挿入量調整部6cにおいて、リフト調整部材6の中空ホルダ部材(コネクタホルダ部材ともいう)33への圧入量が調整される。
A small gap G1 of several tens of microns is formed between the
圧縮ばね10の力によって、コア12は図中下側に押圧され、コア12と一体に連結されたニードル7も図中下側のボデー15に形成されたシート面16(図4と同じ)に押し付けられ、燃料噴射弁1が閉弁状態に成る。
The
コア12の下端面12cには、円筒状の突起12dが形成され、この円筒状の突起12dの内部に、中空円筒状のニードル7の根元部が挿入され、図中三角印で模式的に示された溶接部13によってニードル7と突起12dとが結合されている。尚、この結合は、溶接以外で行っても良い。
A
この溶接部13の下には、ニードル7に設けられた貫通孔28が形成されている。この貫通孔28は、燃料リターンパイプ31と共に、燃料リターン通路を形成している。ニードル7の下部には、圧力室17が形成され、連通孔18がニードル7の下部中央に穿設されている。
A through
そして、連通孔18の周囲のニードル7の周面には受圧部19(受圧段差19ともいう)が形成され、ボデー15のシート面16にニードル7の先端が当接部20、21にて当接している。この様子は、従来の図4と同様である。
A pressure receiving portion 19 (also referred to as a pressure receiving step 19) is formed on the peripheral surface of the
図1中のd1は、当接部20、21間の直径であるシート径d1を表している。この当接によって、燃料フィードパイプ2から供給された図示しないコモンレールからの燃料が遮断されており、燃料噴射弁1は閉弁状態である。
In FIG. 1, d <b> 1 represents a sheet diameter d <b> 1 that is a diameter between the
そして、ニードル7が上方にリフトし、シート面16からニードル7が離れると、ボデー15に形成された噴孔25a、25bから燃料が噴射される。連通孔18の先端には、ボデー15との間にサック室26が形成され、このサック室26は、連通孔18を介して圧力室17と連通している。
When the
ニードル7のバランスロッド受容孔7a内には、バランスロッド11が、クリアランスを介して摺動可能に挿入されており、このバランスロッド11の下端には、径が拡大した大径部11b(ピストン部)が存在する。この大径部11bの上方には、バランスロッド11の小径部11cが大径部11bと一体に連続して形成され、バランスロッド11の小径部11cは、上方でバランスロッドフランジ部11aに一体化されている。このバランスロッド11は、冷間鍛造及び切削で形成されている。
A
ニードル7の外径は、図1中、d2で表されている。また、バランスロッド11の大径部11bの外径はd3(ニードル7の内周とバランスロッド11間のクリアランスを無視すれば、実質的にニードル7の内径に等しい)で表されている。ホルダ本体30やボデー15は、通常のステンレスで形成され、ホルダ本体30には、上述の燃料フィードパイプ2が挿入され、また、燃料リターンパイプ31がホルダ本体30に挿入されている。圧力室17に蓄積された燃料は、ニードル7とバランスロッド11の微小隙間を介して貫通孔28から燃料リターンパイプ31内に連通している。
The outer diameter of the
また、コネクタホルダ33の下端面33aと、ホルダ本体30の円筒状上端面30aとの間に、リング状のホルダパイプ34が形成されている。このホルダパイプ34は、非磁性体のステンレスで構成され、ソレノイド9で発生した磁束が、リークせずに有効にコア12とリフト調整部材6とに流れ、充分な電磁吸引力が発生するようにされている。
A ring-shaped
そして、上記シート径d1と、バランスロッド11の大径部11bの外径d3と、ニードル7の外径d2の関係は、数式1の様になる。
The relationship between the seat diameter d1, the outer diameter d3 of the
(数式1)d2>d1=d3
即ち、バランスロッド11の大径部11bの外径d3と、シート径d1が等しく、このシート径d1もしくはバランスロッド11の大径部11bの外径d3よりも、ニードル7の外径d2が大きくされている。なお、d1=d3の寸法は厳密に一致する必要は無く、1割程度の誤差は許容される。
(Formula 1) d2> d1 = d3
That is, the outer diameter d3 of the
図1に示すように、シート径d1と同じ直径でニードル7の先端側壁面が図1中、上方向に立ち上がり、受圧段差19の幅だけニードル7の外径d2が大きく構成されている。これによって、燃料フィードパイプ2を介してコモンレールから供給された燃料圧は、受圧段差19に加わり、ニードル7及びコア12を、燃料圧で上方に押し上げる働きを成す。
As shown in FIG. 1, the tip side wall surface of the
なお、受圧段差19は、急に直角に曲がる段差でなくても良く、徐々に外径が拡大していく傾斜面やスロープ面であっても良く、要は、燃料圧でニードル7を図1中上方に持ち上げる受圧部19を構成する形状であれば良い。
Note that the
(閉弁時)
そして、図1の様に、ニードル7が閉弁し、ニードル7がシート面16に着座しているときには、上述の様に、ニードル7の先端面周辺部の受圧段差19に燃料圧が加わる。また、このとき、ニードル7の先端面中央部(サック室26に対面する部分)と、圧力室17には極めて小さな圧力ではあるが、連通路18を介して同じ燃料圧が加わっている。
(When valve is closed)
As shown in FIG. 1, when the
上述したように、シート面16のシート径d1と、ニードル7の外径d2と、大径部11bの外径d3を比較したときに、d2>d1=d3の関係であるため、ニードル7の先端面周辺部の受圧段差(受圧部)19に加わる開弁方向の燃料圧が、圧縮ばね10の閉弁方向の押し付け力に対向するようになる。
As described above, when the seat diameter d1 of the
なお、シート径d1と、バランスロッド11の大径部11bの外径d3とが等しいので、サック室26に対面するニードル7の先端面中央部に加わる開弁方向の燃料圧と、大径部11bの下面に対向する圧力室17に加わる閉弁方向の燃料圧(圧力室17内の圧力)とが等しくなる。
Since the seat diameter d1 and the outer diameter d3 of the
(開弁時)
一方、ニードル7が上方にリフトして、開弁すると、燃料室35内の高圧燃料が、サック室26に導入され、更に、連通路18を介して圧力室17に導入される。この結果、燃料室35内、サック室26内およびバランスロッド受容孔7a内の圧力室17の燃料圧は同じ燃料圧となる。
(When valve is opened)
On the other hand, when the
よって、このとき、シート径d1と同じ直径を持つニードル7の円錐状先端面に加わる開弁方向の燃料圧と、バランスロッド受容孔7a内の圧力室17に加わる閉弁方向の燃料圧とが等しくなる。その結果、受圧段差(受圧部)19に加わり、ニードル7及びコア12を、燃料圧で上方に押し上げる力のみが、圧縮ばね10の押し下げ力に対向して、開弁方向に働き、ソレノイド9の電磁吸引力を補助(アシスト)する。
Therefore, at this time, the fuel pressure in the valve opening direction applied to the conical tip surface of the
上記第1実施形態の燃料噴射弁1と、特許文献2に係る燃料噴射弁との相違点は、次の点である。先ず、上記第1実施形態の燃料噴射弁1では、燃料圧を完全に相殺(キャンセル)せず、受圧段差(受圧部)19の働きで、燃料圧を若干開弁方向へ働かせる構造を採用している。また、バランスロッド11周りのニードル7を、特別な複数の部品を追加せずに形成している。
The difference between the
即ち、図1のニードル7は、コア12に結合されている中空円筒形の同一金属材料が連続して成る一体成型品であり、複数部品を結合したものではない。また、圧力室17からコア12まで同一内径d3のバランスロッド受容孔7aを有している。
That is, the
また、リフト調整部材6内に、圧縮ばね調整部材5を圧入する圧入量を調整することで、バランスロッドフランジ部11aを圧力室17側に押し下げる量、即ち、圧縮ばね10の圧縮ばね力の調整を可能としている。また、閉弁したときの、コア12の上側端面12bとリフト調整部材6の下端面6aとの相対位置を調整することで、微小な隙間G1からなるニードルリフト量の調整を可能としている。
Further, by adjusting the amount of press-fitting of the compression
次に、受圧段差19の働きにより、燃圧力がニードル7を押し上げるように働くので、この燃圧力が、ソレノイド9の電磁吸引力の方向と一致し、圧縮ばね10及び摺動抵抗力に抗してニードル7を上方に押し上げる。
Next, since the fuel pressure works to push up the
即ち,ソレノイド9による必要吸引力は、この必要吸引力と、受圧段差19に加わる燃圧力の合計が圧縮ばね10の力と摺動抵抗力の合力以上になれば、ニードル7が上方にリフトされることになる。そして、電磁吸引力がなくなると、圧縮ばね10の力により、ニードル7がボデー15のシート面16に押付けられて閉弁する。
That is, the necessary suction force by the
また、圧縮ばね10の圧縮ばね力をFspgとし、燃料フィードパイプ2からニードル7の周囲に供給される単位面積当たりの燃圧力をFpfとし、上述のシート径d1、シート径d1から受圧段差19を介して更に外径が大きくなったニードル7の外径をd2とした場合に、受圧段差19のリング状の面積は、
(π/4)×(d2)2−(π/4)×(d1)2、即ち、
(π/4)×{(d2)2−(d1)2} で表される。
Further, the compression spring force of the
(Π / 4) × (d2) 2 − (π / 4) × (d1) 2 , that is,
(Π / 4) × {(d2) 2 − (d1) 2 }
この受圧段差19のリング状の面積に、単位面積当たりの燃圧力Fpfが印加されると、ニードル7を開弁方向に押し上げる力が発生する。よって、燃圧力が印加されたときに自然に燃料噴射弁1が開弁してしまわないようにするために、圧縮ばね力Fspgと、上記押し上げる力との関係を、数式2の様にする必要がある。
When the fuel pressure Fpf per unit area is applied to the ring-shaped area of the
(数式2) Fspg>Fpf×(π/4){(d2)2―(d1)2)}
これによって、燃料が供給され、受圧段差19に燃料圧が作用して、ニードル7を押し上げるように作用する力Fpf×(π/4){(d2)2―(d1)2)}が受圧段差19に働いても、圧縮ばね10の圧縮ばね力Fspgの方が大きいため、ニードル7はボデー15のシート面16に押付けられ、安定して閉弁状態にある。
(Formula 2) Fspg> Fpf × (π / 4) {(d2) 2 − (d1) 2 )}
As a result, fuel is supplied and the pressure Fp × (π / 4) {(d2) 2 − (d1) 2 )} acting so as to push up the
そして、ソレノイド9の電磁吸引力が、受圧段差19に加わっている燃料圧と同じ方向、即ち、上方に作用すると、電磁吸引力と受圧段差19の燃圧力とが、上記圧縮ばね力と摺動抵抗力に打ち勝って、リフト調整部材6の下端面6aとコア12の上側端面12bに形成された隙間(ニードルリフト量)G1分だけ、コア12並びにニードル7が上方にリフトされ、ニードル7周囲の燃料がサックス室26と連通すると共に、噴孔25a、25bから燃料がエンジン内に噴射される。
When the electromagnetic attraction force of the
図2は、開弁開始時に、ニードル7に作用する外力を比較して示すグラフである。図2において、上方に、開弁するための電磁吸引力(必要吸引力)等の開弁力をとり、下方に圧縮ばね等による閉弁力を示している。
FIG. 2 is a graph showing a comparison of external forces acting on the
ここで、比較例として示す直動タイプの特許文献1の燃料噴射弁では、図2の(d)に示すように、開弁開始時にソレノイドに必要とされる必要吸引力Fsdは、ニードル7をシート面16に押付けようとする燃圧力Fpfd、圧縮ばね力Fspgd、及び摺動抵抗力Frdに打ち勝つだけの必要吸引力Fsdが作用して、初めて、ニードル7が上方に移動する。
Here, in the fuel injection valve of
また、特許文献2に示された燃料噴射弁では、コモンレールから供給された燃圧力が、ニードル7に相殺されて作用するため、燃料圧はキャンセル状態にあり、図2の(c)に示すように、圧縮ばね力Fspgcと摺動抵抗力Frcの合計に打ち勝つだけのソレノイド9の電磁吸引力、即ち、必要吸引力Fscがあれば、開弁を開始することが出来る。即ち、特許文献2では、特許文献1に比べて、ソレノイド9の必要吸引力Fscを小さくすることが出来るが、上述した問題点を有する。
Further, in the fuel injection valve disclosed in
ここで、上記第1実施形態の燃料噴射弁1の開弁開始時に、ニードル7に働く外力の関係は、図2の(a)または(b)の様になる。先ず、図2の(b)について説明する。ニードル7をシート面16に押付けて閉弁させようとする圧縮ばね力Fspgbと摺動抵抗力Frとに打ち勝つだけの、受圧段差19に加わる燃圧力Fpfとソレノイド9の必要吸引力Fsbがあれば、ニードル7を開弁方向に動かすことが出来る。即ち、この第1実施形態では、ソレノイド9の電磁吸引力Fsbをアシストするように受圧段差19の燃圧力Fpfが作用する。
Here, when the
これによって、必要吸引力Fsbを、図2の(c)の特許文献2の必要吸引力Fscと同じとした場合は、圧縮ばねFspgbを圧縮ばね力Fspgcより強くすることが出来、圧縮ばね力Fspgbを強くすることにより、閉弁応答特性が改善出来る。また、図1のニードル7の位置及びニードル7内部に収納されたバランスロッド11の位置が安定することになるため、燃料噴射特性がエンジン振動等でばらつくことがない。
Thus, when the required suction force Fsb is the same as the required suction force Fsc of
換言すれば、圧縮ばね力が強いほど、ニードル7をシート面16側に押付ける力が強く、良好な閉弁応答性が得られ、かつバランスロッド11の圧力室17側への移動阻止力の余裕度を向上させることができる。
In other words, the stronger the compression spring force, the stronger the force that presses the
また、図2の(c)の特許文献2のものと同程度の圧縮ばね力Fspgaを付与するだけでよければ、究極、図2の(a)に示すように、必要吸引力Fsaを更に小さい最小限の必要吸引力とすることも出来る。なお、図2の(a)、(b)のFrは、上記第1実施形態の燃料噴射弁1の開弁開始時に作用する摺動抵抗力である。
Further, if it is only necessary to apply a compression spring force Fspga of the same level as that of
更に、図1のシート径d1と、バランスロッド11の大径部11bの外径d3と、ニードル7の外径d2の関係は、上記数式1の(d2>d1=d3)の様にしている。この構成にすることで、ニードル7の内径を、バランスロッド11の大径部11bの外径d3とほぼ(実質的に)等しい、圧力室17からコア12まで均一な肉厚とすることができ、それにより、ニードル7を複数部品に分割することなく、組付けすることが可能となる。
Furthermore, the relationship between the seat diameter d1 of FIG. 1, the outer diameter d3 of the
従って、ニードル7の部品点数を減らし、かつ、ニードル7の組付性を改善することが出来る(図1の上方よりの一方向組付けが可能になる)。また、バランスロッド11をバランスロッドフランジ部11aを有する形状にして圧縮ばね10の上端を押さえ込む特異な構成にして、バランスロッド11の位置決めを行っている。
Therefore, the number of parts of the
つまり、通常、この種の燃料噴射弁に使用されている圧縮ばね10を、バランスロッド11の位置決めに活用できることに着眼し、バランスロッド11を特別な部品の追加なしで安定して位置決めしている。また、圧縮ばね10の力が強いほど、バランスロッド11が、図1の下方に下がりにくく、上記安定した位置決めが行われるが、図2の(b)で説明したように、図2の(c)に比べて、同じソレノイド10の必要吸引力であれば、燃圧力Fpfが開弁方向にアシスト(助勢)されることにより、より強い圧縮ばね力の採用が可能となっている。
That is, the
また、上述したように、図1のリフト調整部材6内に圧縮ばね調整部材5を圧入する圧入量を調整することで、圧縮ばね10の圧縮ばね力の調整を可能としている。また、閉弁したときのコア12とリフト調整部材6との相対位置を調整することで、ニードルリフト量G1の調整を可能としている。
Further, as described above, the compression spring force of the
(その他の実施形態)
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上述の第1実施形態では、ガソリン直噴エンジン用の燃料噴射弁に本発明を適用したが、ディーゼルエンジン用の燃料噴射弁に適用することも出来る。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified or expanded as follows. For example, in the first embodiment described above, the present invention is applied to a fuel injection valve for a gasoline direct injection engine. However, the present invention can also be applied to a fuel injection valve for a diesel engine.
また、図1の圧縮ばね調整部材5は、パイプのような中空部材でなくても良い。更に、コネクタホルダ33は、図示しないソレノイド通電用のコネクタを保持するが、これを単なる円筒形等の中空ホルダ部材とし、コネクタはハウジング8側に設けても良い。
Further, the compression
また、圧縮ばね10(図1)は、単純なコイル状のスプリング以外の種々のばね形状を採用することが出来る。また、図1のリング状のホルダパイプ34は省略して空間部分にしたり、樹脂等の非磁性体を充填したりすることが出来る。
The compression spring 10 (FIG. 1) can employ various spring shapes other than a simple coil spring. Further, the ring-shaped
また、図1の固定ヨーク部材6をなすリフト調整部材6は、底部を有する逆U字状の形状であってもよい。そして、この底部に非パイプ材からなる棒状の圧縮ばね調整部材5を打ち込んで、圧縮ばねの変形量(圧縮量)を調整しても良い。
Further, the lift adjusting member 6 forming the fixed yoke member 6 of FIG. 1 may have an inverted U-shape having a bottom. Then, a rod-shaped compression
1 燃料噴射弁
2 燃料フィードパイプ
3 プラグ
4 シールリング
5 圧縮ばね調整部材(圧縮ばね位置決め部材)
6 リフト調整部材(固定ヨーク部材)
7 ニードル
7a バランスロッド受容孔
8 ハウジング
9 ソレノイド
10 スイッチプリン部(圧縮ばね)
11 バランスロッド
11a バランスロッドフランジ部
11b 大径部
11c 小径部
12 コア
15 ボデー
16 シート面
17 圧力室
18 連通孔
19 受圧段差(受圧部)
20、21 当接部
26 サック室
25a、25b 噴孔
28 貫通孔
30 ホルダ本体
31 燃料リターンパイプ
33 コネクタホルダ(中空ホルダ部材)
34 ホルダパイプ
35 燃料室
d1 当接部間の径であるシート径
d2 ニードルの外径
d3 大径部の外径
G1 ニードルリフト量と成る隙間
Fspga、Fspgb 圧縮ばね力
Fpf 単位面積当たりの燃圧力
Fr 摺動抵抗力
Fsa、Fsb ソレノイドの必要吸引力
DESCRIPTION OF
6 Lift adjustment member (fixed yoke member)
7
11
20, 21
34
Claims (7)
前記中空ホルダ部材内に形成された固定ヨーク部材と、該固定ヨーク部材内に形成された圧縮ばね位置決め部材と、前記固定ヨーク部材に開弁時のニードルリフトに必要な隙間を介して対向し前記ソレノイドの電磁力にて前記隙間分だけ開弁方向に移動するコアとを備え、
前記圧縮ばね位置決め部材によって位置が確定するバランスロッドのフランジ部と、該バランスロッドのフランジ部と前記コアの間に保持された圧縮ばねとを備え、
前記バランスロッドのフランジ部から前記圧縮ばねの圧縮方向に伸び、前記フランジ部と反対側の端面において圧力室と対面したバランスロッドと、前記圧力室に連通する連通孔が形成されシート面に当接して閉弁作用をなし前記シート面から離間して開弁作用をなす先端部を有すると共に、前記バランスロッドを包み込み前記コアに連結されたニードルとを備え、
前記ニードルの周囲に燃料室を形成し、前記シート面が形成されたボデーを先端部に有するホルダ本体と、前記ボデーに形成され、前記開弁時に前記燃料室と連通し前記連通孔を介して前記圧力室に連通する噴孔及びサック室とを備え、
前記圧力室と前記バランスロッドと前記ニードルとの間の隙間を介して前記ホルダ本体の外部に連通する燃料リターン通路を備え、
前記ニードルは、前記燃料室から供給された燃料圧により前記ニードルに開弁方向の力を付与する受圧部を備え、
前記圧縮ばねによる前記コア及び前記ニードルの前記シート面方向への押付け力と、前記開弁時の移動に伴う摺動抵抗力との合力以上の力を、前記開弁方向への前記ソレノイドの電磁力と共に、前記受圧部が前記ニードルに付与することを特徴とする燃料噴射弁。 A solenoid, a housing that accommodates and holds the solenoid, and a hollow holder member formed on the inner peripheral surface of the housing;
The fixed yoke member formed in the hollow holder member, the compression spring positioning member formed in the fixed yoke member, and the fixed yoke member opposed to each other through a gap necessary for needle lift when the valve is opened. A core that moves in the valve opening direction by the gap by the electromagnetic force of the solenoid,
A flange portion of a balance rod whose position is determined by the compression spring positioning member, and a compression spring held between the flange portion of the balance rod and the core,
A balance rod extending from the flange portion of the balance rod in the compression direction of the compression spring and facing the pressure chamber on the end surface opposite to the flange portion, and a communication hole communicating with the pressure chamber are formed to contact the seat surface. Having a tip portion that performs a valve closing action and is spaced apart from the seat surface to perform a valve opening action, and includes a needle that encloses the balance rod and is connected to the core,
A fuel body is formed around the needle, and a holder main body having a body with a seat surface formed at a tip thereof is formed on the body, and communicates with the fuel chamber when the valve is opened via the communication hole. A nozzle hole and a sac chamber communicating with the pressure chamber;
A fuel return passage communicating with the outside of the holder body through a gap between the pressure chamber, the balance rod, and the needle;
The needle includes a pressure receiving portion that applies a force in a valve opening direction to the needle by a fuel pressure supplied from the fuel chamber,
The electromagnetic force of the solenoid in the valve opening direction is equal to or greater than the resultant force of the pressing force of the core and the needle in the seat surface direction by the compression spring and the sliding resistance force accompanying the movement at the time of valve opening. The fuel injection valve, wherein the pressure receiving portion is applied to the needle together with force.
前記ニードルの先端部に印加される単位面積あたりの燃料圧力をFpfとし、前記受圧部のリング状の面積が、(π/4)×{(d2)2−(d1)2}で表せるとき、前記圧縮ばねの力をFspgと、前記受圧部により前記ニードルに加わる力との関係を、
Fspg>Fpf×(π/4){(d2)2―(d1)2)}
としたことを特徴とする請求項3に記載の燃料噴射弁。 The force of the compression spring that urges the core and the needle in the seat surface direction by the compression spring is Fspg,
When the fuel pressure per unit area applied to the tip of the needle is Fpf, and the ring-shaped area of the pressure receiving portion can be expressed by (π / 4) × {(d2) 2 − (d1) 2 }, The relationship between the force of the compression spring, Fspg, and the force applied to the needle by the pressure receiving portion,
Fspg> Fpf × (π / 4) {(d2) 2- (d1) 2 )}
The fuel injection valve according to claim 3, wherein
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