JP2015108335A - Fuel injection nozzle - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure of a fuel injection nozzle capable of preventing increase in size of a piezo actuator even when a fuel pressure of a fuel passage is increased.SOLUTION: In a fuel injection nozzle 1 including a piezo actuator generating force to drive a needle 4 in a valve opening direction to separate a seat portion 21 from a seat position 20, the fuel in the fuel passage applies a fuel pressure in the valve opening direction to the needle 4 at an outer peripheral side of the seat portion 21 in a valve close state where the seat portion 21 is positioned on the seat position 20, and a throttle 50 for narrowing a cross-sectional area of a flow channel of the fuel passage 6 is disposed at a downstream side of the fuel flow with respect to a position where the fuel is divided to flow to a back pressure chamber 13 of the fuel passage 6. Thus the valve can be surely closed even when biasing force of biasing means 15 is reduced in comparison with a case free from the throttle 50, and the increase in size of the piezo actuator can be suppressed.

Description

本発明は、燃料を噴射する燃料噴射ノズルに関する。   The present invention relates to a fuel injection nozzle that injects fuel.

従来から、例えば、内燃機関に燃料を噴射して供給する燃料噴射弁では、燃料を噴射する燃料噴射ノズルとして、円筒状のボディと、ボディの内周に軸方向に移動可能に収容されるニードルとを備えるものが周知である。そして、この燃料噴射ノズルは、ニードルがボディの内周で軸方向に移動することで燃料通路の燃料の噴射を開始または停止する。   Conventionally, for example, in a fuel injection valve that injects and supplies fuel to an internal combustion engine, as a fuel injection nozzle that injects fuel, a cylindrical body and a needle that is accommodated in the inner periphery of the body so as to be movable in the axial direction Are well known. The fuel injection nozzle starts or stops fuel injection in the fuel passage when the needle moves in the axial direction on the inner periphery of the body.

つまり、ボディの内壁には、ニードルのシート部が離着するシート位置が設けられ、さらに、シート位置よりも軸方向の一端側の内壁には、燃料の噴孔が複数開口している。そして、シート部がシート位置から離座することで、噴孔を通じてボディの内周から外部に燃料が導かれて噴射される。   That is, the inner wall of the body is provided with a seat position where the seat portion of the needle is attached and detached, and a plurality of fuel injection holes are opened on the inner wall on one end side in the axial direction from the seat position. Then, when the seat portion is separated from the seat position, the fuel is guided from the inner periphery of the body to the outside through the injection hole and injected.

このような燃料噴射ノズルにおいて、ニードルは、シート部をシート位置に付勢する付勢手段および燃料通路に連通する背圧室の燃料の背圧により閉弁方向に付勢され、燃料通路の燃料の燃料圧により開弁方向に付勢されている。そして、所定のアクチュエータによりニードルを付勢手段の付勢力および背圧に抗して開弁方向に駆動し、シート部がシート位置から離座することにより燃料の噴射が行われる。
近年、この燃料噴射ノズルを開弁駆動または閉弁駆動する所定のアクチュエータとしてピエゾアクチュエータを用いるものが公知となっている(例えば、特許文献1参照。)。
In such a fuel injection nozzle, the needle is urged in the valve closing direction by the urging means for urging the seat portion to the seat position and the back pressure of the fuel in the back pressure chamber communicating with the fuel passage. The fuel pressure is biased in the valve opening direction. Then, the needle is driven in the valve opening direction against the urging force and back pressure of the urging means by a predetermined actuator, and fuel is injected when the seat portion is separated from the seat position.
In recent years, one using a piezo actuator as a predetermined actuator for opening or closing the fuel injection nozzle has been known (see, for example, Patent Document 1).

ところで、燃料の噴射の行われている開弁状態のときには、新たにシート部の内周側も燃料が開弁方向に付勢するため、ニードルを開弁方向に付勢する付勢力が増加している。このため、この増加する開弁方向の力を考慮に入れ、閉弁を確実にすべく、付勢手段の付勢力を予め大きくしておかなければならない。このことは付勢手段の付勢力に抗してニードルを駆動するピエゾアクチュエータの出力増大の必要性を招き、ピエゾアクチュエータの大型化に結びついてしまう問題があった。   By the way, when the fuel is injected, the fuel is also urged in the valve opening direction on the inner peripheral side of the seat portion, so that the urging force for urging the needle in the valve opening direction increases. ing. For this reason, the urging force of the urging means must be increased in advance in order to ensure the valve closing in consideration of the increasing force in the valve opening direction. This has led to the necessity of increasing the output of the piezo actuator that drives the needle against the urging force of the urging means, leading to a problem of increasing the size of the piezo actuator.

近年、ディーゼルエンジンに搭載され直接気筒内に燃料を噴射する燃料噴射ノズルにおいては、噴霧微粒化等のため噴射圧を数百MPaもの高圧にする検討が行われている。このように噴射圧(燃料通路の燃料圧)および背圧が高圧となった場合、シート部の内周側の受圧面積が小さくても開弁時に開弁方向の付勢力が急上昇してしまうため上記問題は特に顕著なものとなる虞がある。   In recent years, a fuel injection nozzle mounted on a diesel engine and directly injecting fuel into a cylinder has been studied to increase the injection pressure to several hundred MPa for atomization of the spray. When the injection pressure (fuel pressure in the fuel passage) and the back pressure become high in this way, the urging force in the valve opening direction suddenly increases when the valve is opened even if the pressure receiving area on the inner peripheral side of the seat portion is small. The above problem may become particularly significant.

特開2010−19214号公報JP 2010-19214 A

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、燃料通路の燃料圧を高めても、ピエゾアクチュエータの大型化を抑制することができる燃料噴射ノズルの構造を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel injection nozzle structure capable of suppressing an increase in size of the piezoelectric actuator even when the fuel pressure in the fuel passage is increased. It is to provide.

本願の第1発明によれば、燃料噴射ノズルは、円筒状のボディと、ボディの内周に軸方向に移動可能に収容されるニードルとを備える。そして、ボディには、噴孔およびこの噴孔に所定の燃料供給源から供給された燃料を導く燃料通路を有している。また、ニードルにはボディのシート位置に離着座する円状のシート部を有している。   According to the first invention of the present application, the fuel injection nozzle includes a cylindrical body and a needle that is accommodated in the inner periphery of the body so as to be movable in the axial direction. The body has an injection hole and a fuel passage that guides fuel supplied from a predetermined fuel supply source to the injection hole. In addition, the needle has a circular seat portion that is seated at a seat position of the body.

そして、燃料噴射ノズルは、シート部がシート位置に着座する閉弁方向にニードルを付勢する付勢手段、燃料通路に連通しニードルに背圧を及ぼす燃料の流出入する背圧室、およびシート部がシート位置から離座する開弁方向にニードルを駆動する力を発生するピエゾアクチュエータを備える。
そして、シート部がシート位置に着座した閉弁状態において、燃料通路の燃料は、シート部の外周側でニードルに対し開弁方向に燃料圧を及ぼし、燃料通路の背圧室に分流する位置より燃料の流れ下流側に燃料通路の流路断面積を狭くする絞りを設けている(以下、絞りの燃料流れ下流側の燃料通路の燃料がニードルに対して開弁方向に及ぼす燃料圧をノズル圧と呼ぶことがある。)。
The fuel injection nozzle includes an urging means for urging the needle in a valve closing direction in which the seat portion is seated at the seat position, a back pressure chamber that is in communication with the fuel passage and into which fuel flows in and out to exert a back pressure on the needle, and a seat A piezo actuator that generates a force for driving the needle in a valve opening direction in which the section is separated from the seat position;
Then, in the valve closing state where the seat portion is seated at the seat position, the fuel in the fuel passage applies fuel pressure in the valve opening direction to the needle on the outer peripheral side of the seat portion, and from the position where the fuel passage splits into the back pressure chamber of the fuel passage A throttle that narrows the cross-sectional area of the fuel passage is provided on the downstream side of the fuel flow (hereinafter, the fuel pressure exerted in the valve opening direction by the fuel in the fuel passage on the downstream side of the fuel flow of the throttle in the valve opening direction is the nozzle pressure). Sometimes called).

これにより、シート部がシート位置から離座しシート部の内周側に燃料が入り込む開弁状態において、絞りの燃料の流れ上流側よりも下流側の燃料圧が低下するので、開弁状態においてノズル圧の付勢力が絞りのない場合よりも減少する。
このため、付勢手段の付勢力を絞りのない場合より小さくしても確実に閉弁することができるので、ピエゾアクチュエータの大型化を抑制することができる。
この結果、燃料通路の燃料圧を高めても、ピエゾアクチュエータの大型化を抑制することができる。
As a result, in the valve opening state where the seat part is separated from the seat position and the fuel enters the inner peripheral side of the seat part, the fuel pressure on the downstream side from the upstream side of the flow of fuel in the throttle is reduced. The urging force of the nozzle pressure is reduced as compared with the case without the restriction.
For this reason, even if the urging force of the urging means is made smaller than the case where no squeezing is made, the valve can be closed reliably, so that an increase in size of the piezo actuator can be suppressed.
As a result, an increase in size of the piezo actuator can be suppressed even if the fuel pressure in the fuel passage is increased.

本願の第2発明によれば、燃料噴射ノズルは、閉弁状態のときに、燃料通路の燃料がニードルを開弁方向に付勢する受圧面積と背圧室の燃料がニードルを閉弁方向に付勢する受圧面積とが等しい。
これにより、閉弁状態のときには、ニードルに作用する力のバランスに関してノズル圧の付勢力と背圧の付勢力とが等しくなる。
このため、ピエゾアクチュエータは、付勢手段の付勢力のみに抗して開弁方向にニードルを駆動すればよく、ピエゾアクチュエータの大型化を抑制することができる。
According to the second invention of the present application, when the fuel injection nozzle is in a closed state, the fuel in the fuel passage biases the needle in the valve opening direction, and the fuel in the back pressure chamber causes the needle in the valve closing direction. The pressure receiving area to be energized is equal.
Thus, when the valve is closed, the urging force of the nozzle pressure and the urging force of the back pressure become equal with respect to the balance of the force acting on the needle.
For this reason, the piezo actuator only needs to drive the needle in the valve opening direction against only the urging force of the urging means, and the enlargement of the piezo actuator can be suppressed.

本願の第3発明によれば、燃料噴射ノズルは、シート部がシート位置から離座し、ニードルのシート部の内周側に燃料が入り込む開弁状態のときに燃料通路の燃料がニードルを開弁方向に付勢する受圧面積が増加する。そして、開弁状態のときに燃料通路の燃料がニードルを開弁方向に付勢する力と、閉弁状態のときに燃料通路の燃料がニードルを開弁方向に付勢する力とが等しい。
これにより、開弁して受圧面積がシート部内周側に拡大してもノズル圧による付勢力が閉弁状態から増加しないため、付勢手段の付勢力をより小さくしても閉弁することができる。
According to the third aspect of the present invention, the fuel injection nozzle is configured such that the fuel in the fuel passage opens the needle when the seat portion is separated from the seat position and the fuel enters the inner peripheral side of the needle seat portion. The pressure receiving area energized in the valve direction increases. Further, the force of the fuel in the fuel passage for urging the needle in the valve opening direction in the valve open state is equal to the force for the fuel in the fuel passage in the valve closing state to urge the needle in the valve opening direction.
Accordingly, even if the pressure receiving area is expanded to the inner peripheral side of the seat portion even when the valve is opened, the urging force due to the nozzle pressure does not increase from the closed state, so the valve can be closed even if the urging force of the urging means is made smaller. it can.

本願の第4発明によれば、燃料噴射ノズルは、絞りの燃料の流れ上流側の燃料の圧力と絞りの燃料の流れ下流側の燃料の圧力の許容される最小圧力差をPm(N/m2)、燃料の体積弾性率をK(N/m2)、開弁状態から閉弁状態までに噴孔から噴射される燃料の最小噴射量をVm(mm3)とすると、開弁状態において、燃料通路の絞りの燃料の流れ方向下流側と噴孔との間の容積が(K・Vm)/Pm(mm3)以下となる。 According to the fourth aspect of the present invention, the fuel injection nozzle calculates a minimum allowable pressure difference between the pressure of the fuel upstream of the throttle fuel flow and the pressure of the fuel downstream of the throttle fuel flow by Pm (N / m 2 ) When the volume modulus of the fuel is K (N / m 2 ) and the minimum injection amount of fuel injected from the nozzle hole from the valve opening state to the valve closing state is Vm (mm 3 ), The volume between the fuel flow restrictor downstream in the fuel flow direction and the nozzle hole becomes (K · Vm) / Pm (mm 3 ) or less.

燃料の噴射量が少ない場合、短時間で開弁状態から閉弁状態に移行してしまうため絞りの燃料流れ下流側において燃料の体積膨張が不十分となり、絞りの燃料の流れ上流側の燃料の圧力と絞りの燃料の流れ下流側の燃料の圧力の差が小さくなってしまう。このため、燃料の噴射量が十分の場合における絞りの上下流側における圧力差の存在を前提とした付勢手段の付勢力では、燃料の噴射量が少ない場合に確実に閉弁できない虞があった。そこで上記条件の構成を採用する。
これにより、燃料の噴射量が少ない場合であっても、付勢手段の付勢力によって確実に閉弁できる圧力差を絞りの上下流側で確保できる。
When the amount of fuel injection is small, the valve transitions from the valve open state to the valve closed state in a short time, so that the volume expansion of the fuel is insufficient on the downstream side of the throttle fuel flow, and the fuel on the upstream side of the throttle fuel flow becomes insufficient. The difference between the pressure and the pressure of the fuel flowing downstream of the throttle becomes small. For this reason, there is a possibility that the urging force of the urging means on the assumption that there is a pressure difference between the upstream and downstream sides of the throttle when the fuel injection amount is sufficient cannot reliably close the valve when the fuel injection amount is small. It was. Therefore, the configuration of the above condition is adopted.
Thereby, even when the fuel injection amount is small, a pressure difference that can be reliably closed by the urging force of the urging means can be secured on the upstream and downstream sides of the throttle.

燃料噴射ノズルの全体を示す断面図である(実施例1)。It is sectional drawing which shows the whole fuel-injection nozzle (Example 1). 燃料噴射ノズルの要部断面図である(実施例1)。It is principal part sectional drawing of a fuel-injection nozzle (Example 1). 燃料噴射ノズルの要部断面図である(実施例2)。(Example 2) which is principal part sectional drawing of a fuel-injection nozzle.

以下、発明を実施するための形態を実施例に基づいて説明する。   Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described based on examples.

〔実施例1の構成〕
実施例1の燃料噴射ノズル1(以下、ノズル1と呼ぶ。)の構成を、図1、2を用いて説明する。
ノズル1は、開弁して燃料を噴射するものであり、ノズル1を開弁駆動または閉弁駆動するピエゾアクチュエータ2とともに燃料噴射弁を構成する。そして、燃料噴射弁は、例えば、内燃機関(図示せず。)に搭載され、250MPaを超える高圧の燃料を気筒内に直接噴射するために用いられる。
[Configuration of Example 1]
The configuration of the fuel injection nozzle 1 (hereinafter referred to as nozzle 1) of the first embodiment will be described with reference to FIGS.
The nozzle 1 opens the valve and injects fuel, and constitutes a fuel injection valve together with the piezo actuator 2 that drives the nozzle 1 to open or close. The fuel injection valve is mounted on, for example, an internal combustion engine (not shown), and is used to directly inject high-pressure fuel exceeding 250 MPa into the cylinder.

そして、燃料噴射弁は、例えば、燃料を高圧化して吐出する燃料供給ポンプ(図示せず。)、および、燃料供給ポンプから吐出された燃料を高圧状態で蓄圧する蓄圧容器(図示せず。)とともに蓄圧式の燃料供給装置を構成し、蓄圧容器から高圧の燃料を分配されて気筒内に噴射する。   The fuel injection valve is, for example, a fuel supply pump (not shown) that discharges the fuel at a high pressure, and a pressure accumulation container (not shown) that accumulates the fuel discharged from the fuel supply pump in a high pressure state. At the same time, an accumulator fuel supply device is constructed, and high-pressure fuel is distributed from the accumulator vessel and injected into the cylinder.

ノズル1は、図1に示すように、円筒状のボディ3と、ボディ3の内周に軸方向に移動可能となるように収容される弁体としてのニードル4とを備える。そして、ノズル1は、ニードル4がボディ3の内周で軸方向に移動することで燃料の噴射を開始または停止する。   As shown in FIG. 1, the nozzle 1 includes a cylindrical body 3 and a needle 4 as a valve body that is accommodated in the inner periphery of the body 3 so as to be movable in the axial direction. The nozzle 1 starts or stops fuel injection when the needle 4 moves in the axial direction on the inner periphery of the body 3.

ここで、ボディ3は、噴孔5および噴孔5に蓄圧容器から供給された燃料を導く燃料通路6が設けられている。このため、燃料通路6には蓄圧容器の内部と概ね等しい圧力の燃料が供給されている。
なお、ボディ3は軸方向一端側から第1ボディ3a、第2ボディ3b、第3ボディ3cおよび第4ボディ3dをこの順に接続することで形成されている。
Here, the body 3 is provided with the fuel passage 6 for guiding the fuel supplied from the pressure accumulating container to the nozzle hole 5 and the nozzle hole 5. For this reason, the fuel of the pressure substantially equal to the inside of the pressure accumulation container is supplied to the fuel passage 6.
The body 3 is formed by connecting the first body 3a, the second body 3b, the third body 3c, and the fourth body 3d in this order from one axial end side.

ニードル4は、軸方向一端側から第1ニードル4a、第2ニードル4bおよび第3ニードル4cによって構成されており、軸方向一端側からこの順に当接している。ここで、第1ニードル4aは第1ボディ3aおよび第2ボディ3b内に収容され、第2ニードル4bおよび第3ニードル4cはそれぞれ第2ボディ3b内に収容され、第1ニードル4a、第2ニードル4bおよび第3ニードル4cは一体として軸方向に移動する。   The needle 4 includes a first needle 4a, a second needle 4b, and a third needle 4c from one end side in the axial direction, and abuts in this order from one end side in the axial direction. Here, the first needle 4a is accommodated in the first body 3a and the second body 3b, and the second needle 4b and the third needle 4c are accommodated in the second body 3b, respectively. 4b and the third needle 4c move in the axial direction as a unit.

ここで、第1ニードル4aは、第1ボディ3aにより軸方向に摺動自在に支持される摺動軸部4d、および、実質的に弁部として機能する円錐状の軸方向一端部4eを有し、摺動軸部4dと軸方向一端部4eとの間は軸方向に長い円柱部4fをなす。
第1ボディ3aの内周は、軸方向に長い円筒状をなし先端が閉じられている。また、第1ボディ3aの内周の一部は、局部的に径方向に拡大され、噴射すべき燃料が一時的に溜まる燃料溜まり7をなす。なお、燃料溜まり7は燃料通路6の一部を構成している。
Here, the first needle 4a has a sliding shaft portion 4d that is slidably supported in the axial direction by the first body 3a, and a conical axial one end portion 4e that substantially functions as a valve portion. A cylindrical portion 4f that is long in the axial direction is formed between the sliding shaft portion 4d and the one axial end portion 4e.
The inner periphery of the first body 3a has a cylindrical shape that is long in the axial direction, and the tip is closed. A part of the inner periphery of the first body 3a is locally enlarged in the radial direction to form a fuel reservoir 7 in which fuel to be injected is temporarily stored. The fuel reservoir 7 constitutes a part of the fuel passage 6.

そして、第1ボディ3aの内周の内、燃料溜まり7の軸方向他端側の領域は、摺動軸部4dを摺動自在に支持するための摺動孔8をなし、燃料溜まり7の軸方向一端側の領域は、軸方向一端部4eおよび円柱部4fを収容して円環筒状の流路9を形成する。なお、流路9は燃料通路6の一部を構成している。   A region on the other axial end side of the fuel reservoir 7 in the inner periphery of the first body 3a forms a slide hole 8 for slidably supporting the slide shaft portion 4d. The region on one axial end side accommodates the axial one end portion 4e and the cylindrical portion 4f to form an annular cylindrical flow path 9. The flow path 9 constitutes a part of the fuel passage 6.

また、第2ニードル4bは、摺動軸部4dより径大の円柱体であり、第2ボディ3bに設けられた摺動孔10に軸方向に摺動自在に支持されている。そして、第2ボディ3bの内壁と第2ニードル4bの軸方向一端面によって囲まれる部分が後述する圧力制御室11を形成している。なお、圧力制御室11には摺動軸部4dの軸方向他端部の一部が侵入している。   The second needle 4b is a cylindrical body having a diameter larger than that of the sliding shaft portion 4d, and is supported by the sliding hole 10 provided in the second body 3b so as to be slidable in the axial direction. And the part enclosed by the inner wall of the 2nd body 3b and the axial direction one end surface of the 2nd needle 4b forms the pressure control chamber 11 mentioned later. A part of the other axial end portion of the sliding shaft portion 4d enters the pressure control chamber 11.

第3ニードル4cは、第2ニードル4bより径小の円柱体であり、第2ボディ3bに設けられた摺動孔12に軸方向に摺動自在に支持されている。そして、第2ボディ3bの内壁と第3ボディ3cによって囲まれる背圧室13に第3ニードル4cの軸方向他端面が露出している。なお、背圧室13と燃料通路6は連通路14によって連通し、背圧室13には、ニードル4に背圧を及ぼす燃料が流出入している。
そして、第2ボディの内周の摺動孔10と摺動孔12の間は、摺動孔10と同径であり、後述する付勢手段であるスプリング15を収容するスプリング室16をなしている。
The third needle 4c is a cylindrical body having a diameter smaller than that of the second needle 4b, and is supported by the sliding hole 12 provided in the second body 3b so as to be slidable in the axial direction. The other end surface in the axial direction of the third needle 4c is exposed in the back pressure chamber 13 surrounded by the inner wall of the second body 3b and the third body 3c. The back pressure chamber 13 and the fuel passage 6 communicate with each other through a communication passage 14, and fuel that applies back pressure to the needle 4 flows into and out of the back pressure chamber 13.
A space between the sliding hole 10 and the sliding hole 12 on the inner periphery of the second body has the same diameter as the sliding hole 10 and forms a spring chamber 16 that houses a spring 15 that is an urging means described later. Yes.

ここで、シート位置20、シート部21および噴孔5の配置に関して図2を用いて詳説する。
まず、シート位置20は、第1ボディ3aの軸方向一端近傍の内壁の一部であり、軸方向一端部4eに設けられたシート部21が離着する。
ここで、軸方向一端部4eの外周面は、3つの異なる円錐面22a、22b、22cが軸方向一端から軸方向他端側に同軸に連続するものであり、円錐面22a〜22cは、それぞれの母線と第1ニードル4aの軸αとの間に形成される角度が軸方向一端側ほど大きくなっている。そして、円錐面22a、22b同士の交線23a、および円錐面22b、22c同士の交線23bは軸αに垂直な円であり、交線23bがシート部21として機能し、シート位置20は円形である。
Here, the arrangement of the seat position 20, the seat portion 21, and the nozzle hole 5 will be described in detail with reference to FIG.
First, the seat position 20 is a part of the inner wall near one end in the axial direction of the first body 3a, and the seat portion 21 provided at the one end 4e in the axial direction is detached.
Here, the outer peripheral surface of the axial one end 4e is such that three different conical surfaces 22a, 22b, and 22c are coaxially continuous from one axial end to the other axial end, and the conical surfaces 22a to 22c are respectively The angle formed between the generatrix and the axis α of the first needle 4a increases toward one end in the axial direction. The intersecting line 23a between the conical surfaces 22a and 22b and the intersecting line 23b between the conical surfaces 22b and 22c are circles perpendicular to the axis α, the intersecting line 23b functions as the seat portion 21, and the seat position 20 is circular. It is.

また、噴孔5は、シート位置20よりも軸方向一端側で第1ボディ3aの内壁に開口し、シート部21がシート位置20から離座することで第1ボディ3aの内周から外部に燃料を導く。つまり、シート部21がシート位置20から離座することで、シート部21とシート位置20との間に隙間が形成され、この隙間を通って燃料通路6から噴孔5に燃料が導入されて第1ボディ3aの外部に噴射が開始される。
そして、シート部21がシート位置20に着座することにより、燃料が遮断され、噴孔5からの燃料の噴射が停止する。
Further, the nozzle hole 5 opens to the inner wall of the first body 3a at one end side in the axial direction from the seat position 20, and the seat portion 21 moves away from the seat position 20 so that the inner periphery of the first body 3a is moved to the outside. Guide the fuel. That is, when the seat portion 21 is separated from the seat position 20, a gap is formed between the seat portion 21 and the seat position 20, and fuel is introduced from the fuel passage 6 into the nozzle hole 5 through this gap. Injection is started outside the first body 3a.
Then, when the seat portion 21 is seated at the seat position 20, the fuel is shut off, and the fuel injection from the nozzle hole 5 is stopped.

なお、噴孔5は、軸αと同軸である第1ボディ3aの軸βの周囲に等角度間隔で放射状に複数本設けられている。また、噴孔5は、第1ボディ3aを直線的に貫通し、外周側ほど軸方向一端側に傾斜している。   Note that a plurality of nozzle holes 5 are provided radially at equal angular intervals around the axis β of the first body 3a that is coaxial with the axis α. Further, the nozzle hole 5 linearly penetrates the first body 3a, and is inclined toward the one end side in the axial direction toward the outer peripheral side.

ここで、ニードル4にはシート部21がシート位置20に着座する閉弁方向に付勢する付勢力がスプリング15により作用している。スプリング15は、第2ニードル4bの軸方向他端面を軸方向一端側に付勢することにより、ニードル4を閉弁方向に付勢している。   Here, an urging force that urges the needle 4 in the valve closing direction in which the seat portion 21 is seated at the seat position 20 is applied by the spring 15. The spring 15 biases the needle 4 in the valve closing direction by biasing the other axial end surface of the second needle 4b toward one axial end.

ここで、ノズル1を開弁駆動または閉弁駆動するアクチュエータとしてのピエゾアクチュエータ2について図1を用いて説明する。
ピエゾアクチュエータ2は、印加される電圧に応じて軸方向に伸長するものであり、電圧変化に対する応答性が良いという利点があるが、出力を増大させにくく、出力増大のため大型化するとコストが大幅に上昇するという問題もある。
Here, a piezoelectric actuator 2 as an actuator for driving the nozzle 1 to open or close the valve will be described with reference to FIG.
The piezo actuator 2 extends in the axial direction according to the applied voltage, and has the advantage of good response to voltage changes. However, it is difficult to increase the output, and the cost increases if the size is increased to increase the output. There is also a problem of rising.

ピエゾアクチュエータ2は、第4ボディ3dに設けられた収容室31内に収容され固定されている。なお、収容室31は0.1Mpa程度の圧力の燃料(以下、低圧燃料と呼ぶことがある。)の収められた燃料容器(図示せず。)と連通路32を介して連通しており、収容室31の内部は低圧燃料で満たされている。なお、収容室31とスプリング室16とは連通路33を介して連通しており、スプリング室16内も低圧燃料で満たされている。
そして、軸方向一端側に板状体34が接続固定されている。よって、板状体34は、ピエゾアクチュエータ2の軸方向の伸長に伴って軸方向に移動する。
The piezo actuator 2 is housed and fixed in a housing chamber 31 provided in the fourth body 3d. The storage chamber 31 communicates with a fuel container (not shown) containing a fuel having a pressure of about 0.1 Mpa (hereinafter sometimes referred to as low pressure fuel) via a communication path 32. The interior of the storage chamber 31 is filled with low pressure fuel. The storage chamber 31 and the spring chamber 16 communicate with each other via a communication path 33, and the spring chamber 16 is also filled with low-pressure fuel.
A plate-like body 34 is connected and fixed to one end side in the axial direction. Therefore, the plate-like body 34 moves in the axial direction as the piezoelectric actuator 2 extends in the axial direction.

そして、第3ボディ3c内には板状体34を介してピエゾアクチュエータ2により直接駆動されるピストン40が収容されている。ピストン40は、円柱体であり、第3ボディ3cに設けられた摺動孔41に軸方向に摺動自在に支持されている。また、摺動孔41の底とピストン40の軸方向一端面との間に加圧室42が形成されている。そして、加圧室42には、ピストン40を軸方向他端側、すなわち加圧室42の容積を拡大する方向に付勢する板ばね43が設けられている。
なお、加圧室42と圧力制御室11とは連通路44を介して連通している。
The third body 3c accommodates a piston 40 that is directly driven by the piezo actuator 2 via a plate-like body 34. The piston 40 is a cylindrical body, and is supported by a sliding hole 41 provided in the third body 3c so as to be slidable in the axial direction. A pressurizing chamber 42 is formed between the bottom of the sliding hole 41 and one end surface of the piston 40 in the axial direction. The pressurizing chamber 42 is provided with a leaf spring 43 that urges the piston 40 in the other axial end side, that is, in a direction in which the volume of the pressurizing chamber 42 is increased.
Note that the pressurizing chamber 42 and the pressure control chamber 11 communicate with each other via a communication path 44.

ここで、ピストン40には、軸方向に貫通し、収容室31と加圧室42とを連通する連通路47が設けられている。連通路47の途中には、加圧室42の方の圧力が低い場合、収容室31からの燃料の流入を許可し、加圧室42の方の圧力が高い場合、加圧室42から収容室31への燃料の流出を阻止する逆止弁48が備えられている。
このため、加圧室42は、収容室31との差圧がなくなるように低圧燃料で満たされている。なお、加圧室42と圧力制御室11は、連通路44を介して連通しているため、圧力制御室11内も低圧燃料で満たされている。
よって、圧力制御室11、スプリング室16および加圧室42は、それぞれ概ね等しい圧力の低圧燃料で満たされている状態となっている。
Here, the piston 40 is provided with a communication passage 47 that penetrates in the axial direction and communicates the storage chamber 31 and the pressurizing chamber 42. In the middle of the communication passage 47, when the pressure in the pressurizing chamber 42 is low, the inflow of fuel from the storage chamber 31 is permitted. When the pressure in the pressurizing chamber 42 is high, the fuel is stored from the pressurizing chamber 42. A check valve 48 for preventing the fuel from flowing into the chamber 31 is provided.
For this reason, the pressurizing chamber 42 is filled with the low-pressure fuel so that the differential pressure from the accommodating chamber 31 is eliminated. Since the pressurizing chamber 42 and the pressure control chamber 11 communicate with each other via the communication passage 44, the pressure control chamber 11 is also filled with low-pressure fuel.
Therefore, the pressure control chamber 11, the spring chamber 16, and the pressurizing chamber 42 are each filled with low-pressure fuel having substantially the same pressure.

ここで、ピエゾアクチュエータ2の動作について説明する。
ピエゾアクチュエータ2は、ECU等(図示せず。)により制御され、電圧が印加されると軸方向一端側に伸長する。そして、軸方向一端側に接続された板状体34も軸方向一端側に移動する。そして板状体34は連通路47を閉塞するとともに、ピストン40を板ばね43の付勢力に抗して軸方向一端側に押圧する。
この際、逆止弁48により加圧室42から収容室31への燃料の流出が規制されるため、加圧室42、連通路44および圧力制御室11の圧力が増加し、圧力制御室11とスプリング室16との間で圧力差が生じる。そして、この圧力差により第2ニードル4bを軸方向他端側に付勢する付勢力が生じる。
Here, the operation of the piezo actuator 2 will be described.
The piezo actuator 2 is controlled by an ECU or the like (not shown), and extends to one end in the axial direction when a voltage is applied. And the plate-shaped body 34 connected to the axial direction one end side also moves to an axial direction one end side. The plate-like body 34 closes the communication passage 47 and presses the piston 40 against one end side in the axial direction against the urging force of the leaf spring 43.
At this time, since the check valve 48 regulates the outflow of fuel from the pressurizing chamber 42 to the storage chamber 31, the pressure in the pressurizing chamber 42, the communication path 44 and the pressure control chamber 11 increases, and the pressure control chamber 11 And a pressure difference is generated between the spring chamber 16 and the spring chamber 16. The pressure difference generates a biasing force that biases the second needle 4b toward the other end in the axial direction.

また、ニードル4を軸方向他端側に付勢する付勢力として、シート部21がシート位置20に着座した閉弁状態において、燃料通路6の燃料が、シート部21の外周側でニードル4に対し開弁方向に燃料圧を及ぼす付勢力が考えられる。
よって、ニードル4を軸方向一端側に付勢する背圧による付勢力とスプリング15による付勢力の総和を、ニードル4を軸方向他端側に付勢する燃料通路の燃料圧による付勢力と圧力制御室11とスプリング室16との間の圧力差による付勢力の総和が上回った場合、シート部21がシート位置20から離座する。
Further, as a biasing force for biasing the needle 4 toward the other end in the axial direction, the fuel in the fuel passage 6 is applied to the needle 4 on the outer peripheral side of the seat portion 21 when the seat portion 21 is seated at the seat position 20. On the other hand, an urging force that exerts fuel pressure in the valve opening direction can be considered.
Therefore, the sum of the urging force due to the back pressure that urges the needle 4 toward one end in the axial direction and the urging force due to the spring 15 is the sum of the urging force due to the fuel pressure in the fuel passage that urges the needle 4 toward the other end in the axial direction. When the sum of the urging forces due to the pressure difference between the control chamber 11 and the spring chamber 16 exceeds, the seat portion 21 moves away from the seat position 20.

よって、ピエゾアクチュエータ2はシート部21がシート位置20から離座する開弁方向にニードル4を駆動する力を発生している。
そして、ピエゾアクチュエータ2の電圧印加が解かれた際は、ピエゾアクチュエータ2は元の長さに戻り、板ばね43の付勢力で加圧室42も元の状態に戻る。
Therefore, the piezo actuator 2 generates a force for driving the needle 4 in the valve opening direction in which the seat portion 21 is separated from the seat position 20.
When the voltage application of the piezo actuator 2 is released, the piezo actuator 2 returns to its original length, and the pressurizing chamber 42 also returns to its original state by the urging force of the leaf spring 43.

ここで、ノズル1の特徴的な構成を、図2を用いて説明する。
ノズル1は、燃料通路6の背圧室13に分流する位置より燃料の流れ下流側に燃料通路6の流路断面積を狭くする絞り50が設けられている。
そして、ノズル1は、閉弁状態のときに、燃料通路6の燃料がニードル4を開弁方向に付勢する受圧面積S1と背圧室13の燃料がニードル4を閉弁方向に付勢する受圧面積S2とが等しくなっている。
Here, a characteristic configuration of the nozzle 1 will be described with reference to FIG.
The nozzle 1 is provided with a throttle 50 that narrows the cross-sectional area of the fuel passage 6 on the downstream side of the fuel flow from the position where the fuel passage 6 is divided into the back pressure chamber 13.
When the nozzle 1 is in the valve closing state, the fuel in the fuel passage 6 biases the needle 4 in the valve opening direction, and the fuel in the back pressure chamber 13 biases the needle 4 in the valve closing direction. The pressure receiving area S2 is equal.

また、ノズル1は、シート部21がシート位置20から離座し、ニードル4のシート部21の内周側に燃料が入り込む開弁状態のときに燃料通路6の燃料がニードル4を開弁方向に付勢する受圧面積がS1’に増加している。そして、開弁状態のときに燃料通路6の燃料がニードル4を開弁方向に付勢する力と、閉弁状態のときに燃料通路6の燃料がニードル4を開弁方向に付勢する力とが等しくなっている。
すなわち、閉弁状態の時の絞り50の燃料流れ下流側の燃料通路の燃料圧をP1、開弁状態の時の絞り50の燃料流れ下流側の燃料通路の燃料圧をP1’とすると
P1×S1=P1’×S1’
の関係が成り立っている。
In the nozzle 1, the fuel in the fuel passage 6 opens the needle 4 when the seat portion 21 is separated from the seat position 20 and the fuel enters the inner peripheral side of the seat portion 21 of the needle 4. The pressure receiving area to be biased is increased to S1 ′. The fuel in the fuel passage 6 biases the needle 4 in the valve opening direction when the valve is open, and the force that the fuel in the fuel passage 6 biases the needle 4 in the valve opening direction when the valve is closed. And are equal.
That is, when the fuel pressure in the fuel passage on the downstream side of the fuel flow of the throttle 50 in the valve closed state is P1, and the fuel pressure in the fuel passage on the downstream side of the fuel flow in the throttle 50 in the open state is P1 ′, P1 × S1 = P1 ′ × S1 ′
The relationship is established.

〔実施例1の効果〕
ノズル1は、燃料通路6の背圧室13に分流する位置より燃料の流れ下流側に燃料通路6の流路断面積を狭くする絞り50が設けられている。
これにより、シート部21がシート位置20から離座しシート部21の内周側に燃料が入り込む開弁状態において、絞り50の燃料の流れ上流側よりも下流側の燃料圧が低下するので、開弁状態においてノズル圧(絞り50の燃料流れ下流側の燃料通路6の燃料がニードル4に対して開弁方向に及ぼす燃料圧)の付勢力が絞りのない場合よりも減少する。
[Effect of Example 1]
The nozzle 1 is provided with a throttle 50 that narrows the cross-sectional area of the fuel passage 6 on the downstream side of the fuel flow from the position where the fuel passage 6 is divided into the back pressure chamber 13.
As a result, in the valve opening state where the seat portion 21 is separated from the seat position 20 and fuel enters the inner peripheral side of the seat portion 21, the fuel pressure on the downstream side of the throttle 50 is lower than the fuel flow upstream side. In the valve open state, the urging force of the nozzle pressure (fuel pressure exerted by the fuel in the fuel passage 6 on the downstream side of the fuel flow of the throttle 50 in the valve opening direction with respect to the needle 4) is smaller than that without the throttle.

このため、スプリング15の付勢力を絞り50のない場合より小さくしても確実に閉弁することができるので、ピエゾアクチュエータ2の大型化を抑制することができる。
この結果、燃料通路6の燃料圧を高めても、ピエゾアクチュエータ2の大型化を抑制することができる。
For this reason, even if the urging force of the spring 15 is made smaller than that without the throttle 50, the valve can be reliably closed, and the enlargement of the piezo actuator 2 can be suppressed.
As a result, an increase in size of the piezo actuator 2 can be suppressed even if the fuel pressure in the fuel passage 6 is increased.

また、ノズル1は、閉弁状態のときに、燃料通路6の燃料がニードル4を開弁方向に付勢する受圧面積S1と背圧室13の燃料がニードル4を閉弁方向に付勢する受圧面積S2とが等しくなっている。
これにより、閉弁状態のときには、ニードル4に作用する力のバランスに関してノズル圧の付勢力と背圧の付勢力とが等しくなる。
このため、ピエゾアクチュエータ2は、スプリング15の付勢力のみに抗して開弁方向にニードル4を駆動すればよく、ピエゾアクチュエータ2の大型化を抑制することができる。
Further, when the nozzle 1 is in the valve closing state, the fuel in the fuel passage 6 biases the needle 4 in the valve opening direction, and the fuel in the back pressure chamber 13 biases the needle 4 in the valve closing direction. The pressure receiving area S2 is equal.
As a result, when the valve is closed, the urging force of the nozzle pressure and the urging force of the back pressure become equal with respect to the balance of the force acting on the needle 4.
For this reason, the piezo actuator 2 only needs to drive the needle 4 in the valve opening direction against only the urging force of the spring 15, and the enlargement of the piezo actuator 2 can be suppressed.

さらに、ノズル1は、開弁状態のときに燃料通路6の燃料がニードル4を開弁方向に付勢する力と、閉弁状態のときに燃料通路6の燃料がニードル4を開弁方向に付勢する力とが等しくなっている。
これにより、開弁して受圧面積がシート部21内周側に拡大してもノズル圧による付勢力が閉弁状態から増加しないため、スプリング15の付勢力をより小さくしても閉弁することができるため、ピエゾアクチュエータ2の大型化をより抑制することができる。
Further, when the nozzle 1 is in the valve open state, the fuel in the fuel passage 6 urges the needle 4 in the valve opening direction, and in the valve closed state, the fuel in the fuel passage 6 moves the needle 4 in the valve opening direction. The energizing force is equal.
Thereby, even if the pressure receiving area is expanded to the inner peripheral side of the seat portion 21 and the urging force due to the nozzle pressure does not increase from the closed state, the valve 15 can be closed even if the urging force of the spring 15 is made smaller. Therefore, the enlargement of the piezoelectric actuator 2 can be further suppressed.

〔実施例2〕
実施例2のノズル1によれば、図3に示すように、絞り50の燃料の流れ上流側の燃料の圧力と絞り50の燃料の流れ下流側の燃料の圧力の許容される最小圧力差をPm(N/m)、燃料の体積弾性率をK(N/m)、開弁状態から閉弁状態までに噴孔5から噴射される燃料の最小噴射量をVm(mm)とすると、開弁状態において、燃料通路6の絞り50の燃料の流れ方向下流側と噴孔5との間の容積Vが(K・Vm)/Pm(mm)以下となっている。
[Example 2]
According to the nozzle 1 of the second embodiment, as shown in FIG. 3, an allowable minimum pressure difference between the fuel pressure upstream of the fuel flow in the throttle 50 and the fuel pressure downstream of the fuel flow in the throttle 50 is obtained. Pm (N / m 2 ), the bulk modulus of fuel is K (N / m 2 ), and the minimum injection amount of fuel injected from the nozzle hole 5 from the valve opening state to the valve closing state is Vm (mm 3 ). Then, in the valve open state, the volume V between the fuel flow direction downstream side of the throttle 50 of the fuel passage 6 and the nozzle hole 5 is equal to or less than (K · Vm) / Pm (mm 3 ).

より具体的には、K=1.49×10(N/m
Pm=30×10(N/m
Vm=3(mm
とした場合、容積Vは149(mm)=0.149(cc)となる。
これにより、燃料の噴射量が少ない場合であっても、スプリング15の付勢力によって確実に閉弁できる圧力差を絞り50の上下流側で確保できる。
More specifically, K = 1.49 × 10 9 (N / m 2 )
Pm = 30 × 10 6 (N / m 2 )
Vm = 3 (mm 3 )
In this case, the volume V is 149 (mm 3 ) = 0.149 (cc).
Thereby, even when the fuel injection amount is small, a pressure difference that can be reliably closed by the biasing force of the spring 15 can be secured on the upstream and downstream sides of the throttle 50.

1 ノズル(燃料噴射ノズル) 2 ピエゾアクチュエータ 3 ボディ
4 ニードル 5 噴孔 6 燃料通路 13 背圧室 15スプリング(付勢手段)
20 シート位置 21シート部 50絞り

1 Nozzle (fuel injection nozzle) 2 Piezo actuator 3 Body
4 Needle 5 Injection hole 6 Fuel passage 13 Back pressure chamber 15 Spring (biasing means)
20 sheet position 21 sheet part 50 stops

Claims (4)

燃料を噴射する燃料噴射ノズル(1)において、
噴孔(5)およびこの噴孔(5)に所定の燃料供給源から供給された燃料を導く燃料通路(6)を有する円筒状のボディ(3)と、
前記ボディ(3)の内周に軸方向に移動可能に収容され、前記ボディ(3)のシート位置(20)に離着座する円状のシート部(21)を有するニードル(4)と、
前記シート部(21)が前記シート位置(20)に着座する閉弁方向に前記ニードル(4)を付勢する付勢手段(15)と、
前記燃料通路(6)に連通し、前記ニードル(4)に背圧を及ぼす燃料が流出入する背圧室(13)と、
前記シート部(21)が前記シート位置(20)から離座する開弁方向に前記ニードル(4)を駆動する力を発生するピエゾアクチュエータ(2)とを備え、
前記シート部(21)が前記シート位置(20)に着座した閉弁状態において、前記燃料通路(6)の燃料は、前記シート部(21)の外周側で前記ニードル(4)に対し前記開弁方向に燃料圧を及ぼし、
前記燃料通路(6)の前記背圧室(13)に分流する位置より燃料の流れ下流側に前記燃料通路(6)の流路断面積を狭くする絞り(50)を設けたことを特徴とする燃料噴射ノズル(1)。
In the fuel injection nozzle (1) for injecting fuel,
A cylindrical body (3) having a nozzle hole (5) and a fuel passage (6) for guiding fuel supplied from a predetermined fuel supply source to the nozzle hole (5);
A needle (4) having a circular seat portion (21) which is accommodated in the inner periphery of the body (3) so as to be movable in the axial direction and which is seated at a seat position (20) of the body (3);
A biasing means (15) for biasing the needle (4) in a valve closing direction in which the seat portion (21) is seated at the seat position (20);
A back pressure chamber (13) that communicates with the fuel passage (6) and into which fuel that exerts a back pressure on the needle (4) flows in and out;
A piezoelectric actuator (2) for generating a force for driving the needle (4) in a valve opening direction in which the seat portion (21) is separated from the seat position (20);
In the closed state where the seat portion (21) is seated at the seat position (20), the fuel in the fuel passage (6) is opened to the needle (4) on the outer peripheral side of the seat portion (21). Exerts fuel pressure in the valve direction,
A throttle (50) for narrowing the cross-sectional area of the fuel passage (6) is provided on the downstream side of the fuel flow from the position where the fuel passage (6) is divided into the back pressure chamber (13). The fuel injection nozzle (1).
請求項1に記載の燃料噴射ノズル(1)において、
前記閉弁状態のときに、前記燃料通路(6)の燃料が前記ニードル(4)を前記開弁方向に付勢する受圧面積(S1)と前記背圧室(13)の燃料が前記ニードルを前記閉弁方向に付勢する受圧面積(S2)とが等しいことを特徴とする燃料噴射ノズル(1)。
The fuel injection nozzle (1) according to claim 1,
When the valve is closed, the fuel in the fuel passage (6) urges the needle (4) in the valve-opening direction (S1) and the fuel in the back pressure chamber (13) causes the needle to pass through the needle (4). The fuel injection nozzle (1), wherein the pressure receiving area (S2) energized in the valve closing direction is equal.
請求項1または請求項2に記載の燃料噴射ノズル(1)において、
前記シート部(21)が前記シート位置(20)から離座し、前記ニードル(4)の前記シート部(21)の内周側に燃料が入り込む開弁状態のときに前記燃料通路(6)の燃料が前記ニードル(4)を前記開弁方向に付勢する受圧面積が増加し、
前記開弁状態のときに前記燃料通路(6)の燃料が前記ニードル(4)を前記開弁方向に付勢する力と、前記閉弁状態のときに前記燃料通路(6)の燃料が前記ニードル(4)を前記開弁方向に付勢する力とが等しいことを特徴とする燃料噴射ノズル(1)。
The fuel injection nozzle (1) according to claim 1 or claim 2,
The fuel passage (6) when the seat portion (21) is separated from the seat position (20) and the fuel enters the inner peripheral side of the seat portion (21) of the needle (4). The fuel receiving area increases the pressure receiving area for urging the needle (4) in the valve opening direction,
When the valve is open, the fuel in the fuel passage (6) urges the needle (4) in the valve opening direction, and when the valve is closed, the fuel in the fuel passage (6) is A fuel injection nozzle (1) characterized in that the force for urging the needle (4) in the valve opening direction is equal.
請求項1ないし請求項3の内の何れか1つに記載した燃料噴射ノズル(1)において、
前記絞り(50)の燃料の流れ上流側の燃料の圧力と前記絞りの燃料の流れ下流側の燃料の圧力の許容される最小圧力差をPm(N/m)、燃料の体積弾性率をK(N/m)、前記開弁状態から前記閉弁状態までに前記噴孔(5)から噴射される燃料の最小噴射量をVm(mm)とすると、
前記開弁状態において、前記燃料通路(6)の前記絞り(50)の燃料の流れ方向下流側と前記噴孔(5)との間の容積(V)が(K・Vm)/Pm(mm)以下となることを特徴とする燃料噴射ノズル(1)。








A fuel injection nozzle (1) according to any one of claims 1 to 3,
Pm (N / m 2 ) is the minimum allowable pressure difference between the pressure of the fuel upstream of the throttle flow (50) and the pressure of the fuel downstream of the throttle flow, and the volume modulus of the fuel is K (N / m 2 ), where Vm (mm 3 ) is the minimum injection amount of fuel injected from the nozzle hole (5) from the valve opening state to the valve closing state,
In the opened state, the volume (V) between the fuel passage (6) downstream of the throttle (50) in the fuel flow direction and the nozzle hole (5) is (K · Vm) / Pm (mm). 3 ) A fuel injection nozzle (1) characterized by:








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