JP2015129441A - fuel injection valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための燃料噴射弁に関する。 The present invention relates to a fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
従来、この種の燃料噴射弁として、例えば特許文献1に記載されたものがある。この特許文献1に記載された燃料噴射弁は、噴孔を開閉するノズルニードルを備え、制御室の燃料圧力によりノズルニードルが閉弁向きに付勢されている。そして、ピエゾ素子積層体に駆動される排出弁にて制御室の圧力を制御することにより、ノズルニードルの開閉弁作動を制御するようになっている。 Conventionally, as this type of fuel injection valve, for example, there is one described in Patent Document 1. The fuel injection valve described in Patent Document 1 includes a nozzle needle that opens and closes an injection hole, and the nozzle needle is biased toward the valve closing direction by the fuel pressure in the control chamber. The pressure of the control chamber is controlled by a discharge valve driven by the piezo element stack, thereby controlling the on / off valve operation of the nozzle needle.
より詳細には、排出弁は、制御室の高圧燃料を低圧部に排出させる排出通路を開閉するようになっている。また、ピエゾ素子積層体の伸縮を排出弁に伝達する手段の一部であるロッド部が、排出通路内に配置されている。さらに、排出弁が接離するシート面が、排出通路の一端側の周囲に形成されている。そして、ノズルニードルが噴孔を閉じている状態では、排出弁は高圧の燃料圧力によりシート面に押し付けられている。 More specifically, the discharge valve opens and closes a discharge passage for discharging high pressure fuel in the control chamber to the low pressure portion. Further, a rod portion which is a part of means for transmitting the expansion and contraction of the piezoelectric element laminate to the discharge valve is disposed in the discharge passage. In addition, a seat surface with which the discharge valve contacts and separates is formed around one end side of the discharge passage. When the nozzle needle closes the nozzle hole, the discharge valve is pressed against the seat surface by a high fuel pressure.
しかしながら、従来の燃料噴射弁は、ロッド部が排出通路内に配置されているため、排出通路の断面積が大きくなり、ひいては排出弁の受圧面積が大きくなる。したがって、排出弁をシート面に押し付ける力が大きくなり、燃料噴射を開始する際には、排出弁を駆動するために大きなエネルギが必要になる。 However, in the conventional fuel injection valve, since the rod portion is disposed in the discharge passage, the cross-sectional area of the discharge passage is increased, and consequently the pressure receiving area of the discharge valve is increased. Therefore, the force that presses the discharge valve against the seat surface increases, and when starting fuel injection, a large amount of energy is required to drive the discharge valve.
本発明は上記点に鑑みて、小さなエネルギで排出弁を駆動可能にすることを目的とする。 An object of this invention is to make it possible to drive a discharge valve with small energy in view of the above points.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、低圧の収容室(13)に配置され、電荷の充放電により伸縮するピエゾ素子積層体(4)と、収容室に配置され、燃料が充填された油密室(57)を有してピエゾ素子積層体の伸縮を伝達する伝達手段(5)と、高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔(211)を有するノズルボデー(21)と、ノズルボデー内で往復動し、一端側にて噴孔を開閉するノズルニードル(22)と、ノズルニードルの他端側が摺動自在に挿入され、ノズルニードルに閉弁向きの燃料圧力を作用させる制御室(26)を有するノズルシリンダ(24)と、収容室に露出する収容室側シート面(311)、制御室に露出する制御室側シート面(312)、制御室の燃料を収容室に排出させる排出通路(315)、および制御室に高圧燃料を供給する高圧供給通路(314)を有する中間ボデー(31)と、制御室に配置されて往復変位し、制御室側シート面に接離することにより高圧供給通路を開閉する制御プレート(33)と、収容室に配置され、伝達手段に駆動されて収容室側シート面に接離することにより排出通路を開閉する排出弁(32)とを備え、伝達手段は、ピエゾ素子積層体に駆動され、電荷の充電によるピエゾ素子積層体の伸長に伴って油密室の圧力を上昇させる第1ピストン(53)と、油密室の圧力を受けて作動して排出弁を駆動する第2ピストン(54)とを備え、さらに、第1ピストンの移動向きと第2ピストンの移動向きが逆向きで、且つ、ピエゾ素子積層体の伸長に伴って排出弁が収容室側シート面から離れる向きに駆動されるように構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the piezoelectric element laminate (4) disposed in the low-pressure storage chamber (13) and extending and contracting due to charge / discharge of electric charge, and the fuel storage chamber disposed in the storage chamber. Nozzle body having an oil-tight chamber (57) filled with a gas and a transmission means (5) for transmitting the expansion and contraction of the piezoelectric element laminate, and an injection hole (211) for injecting high-pressure fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine (21), a nozzle needle (22) that reciprocates in the nozzle body and opens and closes the nozzle hole on one end side, and the other end side of the nozzle needle is slidably inserted, and the fuel pressure toward the valve closing is inserted into the nozzle needle Nozzle cylinder (24) having a control chamber (26) that acts, a storage chamber side seat surface (311) exposed in the storage chamber, a control chamber side seat surface (312) exposed in the control chamber, and fuel in the control chamber Discharge to be discharged into the containment chamber An intermediate body (31) having a passage (315) and a high-pressure supply passage (314) for supplying high-pressure fuel to the control chamber; and a reciprocating displacement disposed in the control chamber and coming into and out of contact with the control chamber side seat surface A control plate (33) that opens and closes the high-pressure supply passage, and a discharge valve (32) that is disposed in the storage chamber and is driven by the transmission means to open and close the discharge passage by contacting and separating from the storage chamber side seat surface. The transmission means is driven by the piezo element stack, and operates by receiving a first piston (53) that raises the pressure of the oil tight chamber as the piezo element stack is extended by charge charging, and the pressure of the oil tight chamber. A second piston (54) for driving the discharge valve, and the movement direction of the first piston and the movement direction of the second piston are opposite, and the discharge valve is accommodated as the piezo element stack extends. From the room side seat surface Characterized in that it is configured to be driven in the direction to be.
これによると、電荷の充電によるピエゾ素子積層体の伸長に伴って排出弁が収容室側シート面から離れる向きに駆動されるため、排出弁を収容室に配置することができる。 According to this, since the discharge valve is driven in a direction away from the storage chamber side sheet surface as the piezo element stack is extended by charging of the charge, the discharge valve can be arranged in the storage chamber.
したがって、従来のようにピエゾ素子積層体の伸縮を排出弁に伝達する手段の一部であるロッド部を排出通路内に配置する必要がなくなり、排出通路の断面積を小さくすることができる。 Therefore, it is not necessary to dispose the rod portion, which is part of the means for transmitting the expansion and contraction of the piezoelectric element laminate to the discharge valve as in the conventional case, in the discharge passage, and the cross-sectional area of the discharge passage can be reduced.
その結果、排出弁の受圧面積を小さくすることができ、小さなエネルギで排出弁を駆動することができる。 As a result, the pressure receiving area of the discharge valve can be reduced, and the discharge valve can be driven with small energy.
請求項5に記載の発明では、低圧の収容室(13)に配置され、電荷の充放電により伸縮するピエゾ素子積層体(4)と、高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔(211)を有するノズルボデー(21)と、ノズルボデー内で往復動し、一端側にて噴孔を開閉するノズルニードル(22)と、ノズルニードルの他端側が摺動自在に挿入され、ノズルニードルに閉弁向きの燃料圧力を作用させる制御室(26)を有するノズルシリンダ(24)と、収容室に露出する収容室側シート面(311)、制御室に露出する制御室側シート面(312)、制御室の燃料を収容室に排出させる排出通路(315)、および制御室に高圧燃料を供給する高圧供給通路(314)を有する中間ボデー(31)と、制御室に配置されて往復変位し、制御室側シート面に接離することにより高圧供給通路を開閉する制御プレート(33)と、収容室に配置され、ピエゾ素子積層体の伸縮に伴って収容室側シート面に接離することにより排出通路を開閉する排出弁(32)とを備え、電荷の充電によりピエゾ素子積層体が伸長することにより、排出弁が収容室側シート面に当接する位置まで駆動されるように構成されていることを特徴とする。 According to the fifth aspect of the present invention, the piezoelectric element laminate (4) disposed in the low-pressure storage chamber (13) and expanding and contracting due to charge / discharge, and an injection for injecting high-pressure fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine. A nozzle body (21) having a hole (211), a nozzle needle (22) that reciprocates in the nozzle body and opens and closes the injection hole on one end side, and the other end side of the nozzle needle are slidably inserted. A nozzle cylinder (24) having a control chamber (26) for applying fuel pressure in a valve closing direction, a storage chamber side seat surface (311) exposed to the storage chamber, and a control chamber side seat surface (312) exposed to the control chamber. ), An intermediate body (31) having a discharge passage (315) for discharging fuel from the control chamber to the storage chamber, and a high pressure supply passage (314) for supplying high pressure fuel to the control chamber, and a reciprocating displacement disposed in the control chamber. And A control plate (33) that opens and closes the high-pressure supply passage by making contact with and separating from the room-side sheet surface, and is disposed in the accommodation room, and is discharged by making contact with and separating from the accommodation room-side sheet surface as the piezoelectric element laminate expands and contracts. A discharge valve (32) that opens and closes the passage, and is configured to be driven to a position where the discharge valve abuts on the seat surface of the storage chamber when the piezoelectric element stack is extended by charge charging. It is characterized by.
これによると、電荷の充電によるピエゾ素子積層体の伸長に伴って排出弁が収容室側シート面に当接する位置まで駆動されるため、排出弁を収容室に配置することができる。 According to this, since the discharge valve is driven to a position where it comes into contact with the storage chamber side sheet surface as the piezoelectric element laminate is extended by charging the charge, the discharge valve can be arranged in the storage chamber.
したがって、従来のようにピエゾ素子積層体の伸縮を排出弁に伝達する手段の一部であるロッド部を排出通路内に配置する必要がなくなり、排出通路の断面積を小さくすることができる。 Therefore, it is not necessary to dispose the rod portion, which is part of the means for transmitting the expansion and contraction of the piezoelectric element laminate to the discharge valve as in the conventional case, in the discharge passage, and the cross-sectional area of the discharge passage can be reduced.
その結果、排出弁の受圧面積を小さくすることができ、小さなエネルギで排出弁を駆動することができる。 As a result, the pressure receiving area of the discharge valve can be reduced, and the discharge valve can be driven with small energy.
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described.
本実施形態の燃料噴射弁は、コモンレール(図示せず)から供給される高圧燃料を、圧縮着火式内燃機関(以下、内燃機関という。図示せず)の燃焼室に噴射するものである。 The fuel injection valve of this embodiment injects high-pressure fuel supplied from a common rail (not shown) into a combustion chamber of a compression ignition type internal combustion engine (hereinafter referred to as an internal combustion engine, not shown).
図1〜図4に示すように、燃料噴射弁は、インジェクタボデー1、ノズル2、制御弁機構3、ピエゾ素子積層体4、変位伝達機構5、リテーニングナット6を、主要構成要素として備えている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the fuel injection valve includes an injector body 1, a
略有底円筒状のインジェクタボデー1には、コモンレールから供給される高圧燃料が流通する高圧燃料通路11、図示しない燃料タンクに接続されて常に低圧になっている低圧燃料通路12、ピエゾ素子積層体4および変位伝達機構5が収納される収納室13が形成されている。
A substantially bottomed cylindrical injector body 1 includes a high-
ノズル2は、略有底円筒状のノズルボデー21、ノズルボデー21に摺動自在に挿入される略円柱状のノズルニードル22、ノズルニードル22を閉弁向きに付勢するノズルスプリング23、およびノズルシリンダ24を備えている。
The
ノズルボデー21には、高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴出させる噴孔211が形成され、ノズルニードル22の先端部(すなわち、噴孔側端部)がノズルボデー21に接離することにより噴孔211が開閉されるようになっている。
The
ノズルボデー21内には、コモンレールから高圧燃料が常時供給される燃料溜まり室25が形成され、コモンレールからの高圧燃料は燃料溜まり室25を介して噴孔211に向かって流れるようになっている。
A
円筒状のノズルシリンダ24は、ノズルスプリング23によって後述する中間ボデー31に押し付けられ、ノズルニードル22の後端部(すなわち、反噴孔側端部)がノズルシリンダ24に摺動自在に挿入されている。
The
このノズルシリンダ24内には、内部の燃料圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室26が形成されている。そして、ノズルニードル22は、制御室26内の燃料圧力により閉弁向きに付勢されるとともに、燃料溜まり室25の燃料圧力により開弁向きに付勢される。
A
制御室26の圧力を制御する制御弁機構3は、中間ボデー31、排出弁32、制御プレート33、およびプレートスプリング34を備えている。
The
円板状の中間ボデー31は、インジェクタボデー1とノズルボデー21に挟持されている。なお、インジェクタボデー1とノズルボデー21との間に中間ボデー31を挟持して、インジェクタボデー1とリテーニングナット6とを螺合させることにより、燃料噴射弁の構成要素が一体化されている。
The disc-shaped
中間ボデー31におけるインジェクタボデー1側の収容室側シート面311は、収容室13に露出している。中間ボデー31におけるノズルボデー21側の制御室側シート面312は、燃料溜まり室25および制御室26に露出している。
The storage chamber
また、中間ボデー31には、インジェクタボデー1の高圧燃料通路11とノズルボデー21内の燃料溜まり室25とを連通させる高圧燃料通路313、高圧燃料通路313と制御室26とを連通させる高圧供給通路314、および収納室13と制御室26とを連通させる排出通路315が形成されている。
Further, the
そして、制御室側シート面312に、ノズルスプリング23によってノズルシリンダ24が押し付けられている。
The
制御室26内には、円板状の制御プレート33、および制御プレート33を中間ボデー31側に向かって付勢するプレートスプリング34が配置されている。
In the
ノズルシリンダ24には、制御室26を区画する内壁面にストッパ面241が形成されている。そして、制御プレート33は、このストッパ面241と制御室側シート面312との間で往復変位するようになっている。
In the
なお、制御プレート33がストッパ面241に当接した状態では、制御プレート33により制御室26は2つの空間に分離される。具体的には、中間ボデー31側の空間である中間ボデー側制御室26aと、ノズルニードル2側の空間であるニードル側制御室26bとに分離される。以下、必要に応じて、制御室26と、中間ボデー側制御室26aと、ニードル側制御室26bを、使い分ける。
When the
制御プレート33の径方向中心部には、制御プレート33の軸方向に貫通する連通孔331が形成されている。
A
そして、制御プレート33が制御室側シート面312に当接することにより、高圧供給通路314が閉塞されて、高圧燃料通路313と制御室26との連通が遮断されるようになっている。また、制御プレート33が制御室側シート面312に当接した状態のとき、連通孔331と排出通路315は連通している。
When the
排出弁32は、収納室13内に配置され、収容室側シート面311と接離して収納室13と排出通路315との間を開閉するようになっている。
The
ピエゾ素子積層体4は、ピエゾ素子が多数積層されて構成され、電荷の充放電により伸縮するようになっている。
The
伝達手段としての変位伝達機構5は、第1シリンダ51、第2シリンダ52、第1ピストン53、第2ピストン54、ピエゾスプリング55、およびピストンスプリング56を備えている。なお、第1シリンダ51および第2シリンダ52は、本発明のシリンダを構成している。
The
円筒状の第1シリンダ51内には、円柱状空間の第1シリンダ孔511が形成されている。
A cylindrical
この第1シリンダ孔511の空間のうち、第2シリンダ52と第1ピストン53との間で、且つ第2ピストン54の外周側の空間は、燃料が充填された油密室57になっている。
Of the space of the
円筒状の第2シリンダ52内には、第1シリンダ孔511よりも小径の円柱状空間である第2シリンダ孔521が形成されている。
A
そして、ピエゾスプリング55により、第1シリンダ51が第2シリンダ52に向かって付勢され、第1シリンダ51の端面が第2シリンダ52の端面に押し付けられている。
The
有底円筒状の第1ピストン53は、第1ピストン53と第1シリンダ51との間に配置されたピエゾスプリング55により、ピエゾ素子積層体4に向かって付勢されている。これにより、ピエゾ素子積層体4に予荷重が与えられるとともに、ピエゾ素子積層体4の伸縮に伴って第1ピストン53がピエゾ素子積層体4と一体的に作動するようになっている。また、第1ピストン53は、第1シリンダ孔511に摺動自在に挿入されている。
The bottomed cylindrical
第1ピストン53内には、円柱状空間の第1ピストン孔531が形成されている。この第1ピストン孔531は、油密室57側が開口部になっている。
A
第1ピストン孔531の一部は、第2ピストン54が摺動する摺動部になっており、第1ピストン孔531の残部は、ピストンスプリング56が配置されたスプリング室532になっている。このスプリング室532は、第1ピストン53に形成された連通孔533により、収納室13に連通されている。また、第1ピストン53における開口部側の第1ピストン端面534は、油密室57に露出している。
A part of the
段付き円柱状の第2ピストン54は、第1ピストン53よりも小径で、第1ピストン孔531に摺動自在に挿入される第2ピストン大径部541と、第2ピストン大径部541よりも小径で、第2シリンダ孔521に摺動自在に挿入される第2ピストン小径部542とを備えている。
The stepped columnar
第2ピストン大径部541と第2ピストン小径部542との境界部である第2ピストン段差面543は、油密室57に露出している。
A second
第2ピストン小径部542の先端側は、第2シリンダ孔521から突出して収納室13内に位置している。そして、第2ピストン小径部542の先端部には、排出弁32が装着されている。
The distal end side of the second piston
第2ピストン54は、ピストンスプリング56により収容室側シート面311に向かって付勢されている。
The
次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。まず、図1、図2に示すニードル閉弁状態のとき、すなわち排出弁32が収容室側シート面311に当接しているときに、ピエゾ素子積層体4に電荷が充電されると、ピエゾ素子積層体4が伸長する。それに伴い、第1ピストン53がピエゾ素子積層体4から遠ざかる向きに駆動され、第1ピストン53により油密室57の圧力が高められる。
Next, the operation of the fuel injection valve will be described. First, when the
また、高圧化された油密室57の圧力が、第2ピストン段差面543に作用し、第2ピストン54および排出弁32がピエゾ素子積層体4側に向かって駆動される。このように、本実施形態の燃料噴射弁は、ピエゾ素子積層体4の伸長に伴う第1ピストン53の移動向きと第2ピストン54の移動向きが逆向きとなり、且つピエゾ素子積層体4の伸長に伴い排出弁32が収容室側シート面311から離れる向きに駆動されるようになっている。
Further, the pressure in the oil
そして、排出弁32の移動により、排出弁32が収容室側シート面311から離れて排出通路315が開かれると、排出通路315の燃料が収納室13に流出して排出通路315および中間ボデー側制御室26aの圧力が下がる。これにより、中間ボデー側制御室26aの圧力にて制御プレート33がノズルニードル2側に向かって付勢される力よりも、ニードル側制御室26bの圧力にて制御プレート33が中間ボデー31側に向かって付勢される力の方が大きくなるため、制御プレート33が中間ボデー31側に向かって移動する。
When the
そして、図3、図4に示すように、制御プレート33が制御室側シート面312に当接し、制御プレート33により高圧供給通路314が閉塞されて、高圧燃料通路11と制御室26との連通が遮断される。また、制御室26の燃料が、連通孔331および排出通路315を介して収納室13に流出し、制御室26の圧力が下がる。これにより、ノズルニードル22を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、ノズルニードル22が開弁向きに移動し、噴孔211から燃料が噴射される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
このとき、ピエゾ素子積層体4の長さの変化量は、第1ピストン端面534と第2ピストン段差面543の受圧面積比分拡大されて、第2ピストン54および排出弁32に伝達される。
At this time, the amount of change in the length of the
一方、図3、図4に示すニードル開弁状態のとき、すなわち排出弁32が収容室側シート面311から離れているときに、ピエゾ素子積層体4の電荷を放電させると、ピエゾ素子積層体4が収縮する。それに伴い、ピエゾスプリング55に付勢される第1ピストン53は、ピエゾ素子積層体4に追従して、ピエゾ素子積層体4側に向かって移動し、油密室57の圧力が低下する。
On the other hand, when the charge of the
したがって、第2ピストン54および排出弁32は、ピストンスプリング56の付勢力により、中間ボデー31側に向かって移動する。このように、本実施形態の燃料噴射弁は、ピエゾ素子積層体4の収縮に伴う第1ピストン53の移動向きと第2ピストン54の移動向きが逆向きとなる。
Therefore, the
この排出弁32の移動により、排出弁32が収容室側シート面311に当接して排出通路315が閉じられると、排出通路315の燃料の流出が止まり、排出通路315と制御室26が同圧になる。これにより、制御室26の圧力にて制御プレート33が中間ボデー31側に向かって付勢される力よりも、排出通路315および高圧供給通路314の圧力にて制御プレート33がノズルニードル2側に向かって付勢される力の方が大きくなるため、制御プレート33がノズルニードル2側に向かって移動する。
When the
そして、制御プレート33がストッパ面241に当接し、高圧供給通路314から中間ボデー側制御室26aに流入した高圧燃料は、連通孔331を介してニードル側制御室26bに流入する。
Then, the
このように、ニードル側制御室26bに高圧燃料が流入することにより、ノズルニードル2が閉弁向きに移動し、噴孔211が閉じられて燃料噴射が終了する。
Thus, when high pressure fuel flows into the needle
本実施形態では、変位伝達機構5により、ピエゾ素子積層体4の伸長に伴う第1ピストン53の移動向きと第2ピストン54の移動向きが逆向きとなるようにし、電荷の充電によるピエゾ素子積層体4の伸長に伴って排出弁32が収容室側シート面311から離れる向きに駆動されるようにしているため、排出弁32を収納室13に配置することができる。
In the present embodiment, the
したがって、従来のようにピエゾ素子積層体4の伸縮を排出弁32に伝達する手段の一部であるロッド部を排出通路315内に配置する必要がなくなり、排出通路315の断面積を小さくすることができる。
Accordingly, there is no need to dispose the rod portion, which is part of the means for transmitting the expansion and contraction of the
その結果、排出弁32の受圧面積を小さくすることができ、小さなエネルギで排出弁32を駆動することができる。
As a result, the pressure receiving area of the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、変位伝達機構5の構成を一部変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the configuration of the
図5に示すように、第2ピストン54は、第2ピストン大径部541が第1シリンダ孔511に摺動自在に挿入されている。第2ピストン大径部541の内側には、第1ピストン53が摺動自在に挿入される第2ピストン孔544が形成されている。この第2ピストン孔544は、ピエゾ素子積層体4側が開口部になっている。
As shown in FIG. 5, the
第2ピストン孔544のうち、第2ピストン大径部541の底部内壁面と第1ピストン端面534との間は、燃料が充填された第1油密室571になっている。また、第1シリンダ孔511の空間のうち、第2シリンダ52と第2ピストン段差面543との間の空間は、燃料が充填された第2油密室572になっている。
Of the
そして、第1油密室571と第2油密室572は、第2ピストン54に形成された油密室連通孔545により連通されている。なお、第1油密室571と第2油密室572は、本発明の油密室を構成している。
The first oil-
上記構成において、図5に示すニードル閉弁状態のとき、すなわち排出弁32が収容室側シート面311に当接しているときに、ピエゾ素子積層体4に電荷が充電されると、ピエゾ素子積層体4が伸長する。それに伴い、第1ピストン53がピエゾ素子積層体4から遠ざかる向きに駆動され、第1ピストン53により第1油密室571および第2油密室572の圧力が高められる。
In the configuration described above, when the
また、高圧化された第2油密室572の圧力が、第2ピストン段差面543に作用し、第2ピストン54および排出弁32がピエゾ素子積層体4側に向かって駆動される。すなわち、ピエゾ素子積層体4の伸長に伴う第1ピストン53の移動向きと第2ピストン54の移動向きが逆向きとなり、且つピエゾ素子積層体4の伸長に伴い排出弁32が収容室側シート面311から離れる向きに駆動される。
Further, the pressure in the second oil
そして、この排出弁32の移動により、排出弁32が収容室側シート面311から離れて排出通路315が開かれる。
The movement of the
一方、ニードル開弁状態のとき、すなわち排出弁32が収容室側シート面311から離れているときに、ピエゾ素子積層体4の電荷を放電させると、ピエゾ素子積層体4が収縮する。それに伴い、ピエゾスプリング55に付勢される第1ピストン53は、ピエゾ素子積層体4に追従して、ピエゾ素子積層体4側に向かって移動し、第1油密室571および第2油密室572の圧力が低下する。
On the other hand, when the charge of the
したがって、第2ピストン54および排出弁32は、ピストンスプリング56の付勢力により、中間ボデー31側に向かって移動する。このように、本実施形態の燃料噴射弁は、ピエゾ素子積層体4の収縮に伴う第1ピストン53の移動向きと第2ピストン54の移動向きが逆向きとなる。
Therefore, the
そして、この排出弁32の移動により、排出弁32が収容室側シート面311に当接して排出通路315が閉じられる。
Then, by the movement of the
本実施形態によると、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、変位伝達機構5の構成を一部変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the configuration of the
図6に示すように、第1シリンダ51内には、第1ピストン53が摺動自在に挿入される円柱状空間の第1シリンダ孔511、第2ピストン大径部541が摺動自在に挿入される円柱状空間の第3シリンダ孔512、および第3シリンダ孔512よりも第2シリンダ52側に位置して燃料が充填された第2油密室572が形成されている。
As shown in FIG. 6, in the
第1シリンダ孔511は、ピエゾ素子積層体4側が開口部になっている。そして、第1シリンダ孔511のうち、第1シリンダ51の底部内壁面と第1ピストン端面534との間は、燃料が充填された第1油密室571になっている。
The
この第1油密室571と第2油密室572は、第1シリンダ51に形成された油密室連通孔513により連通されている。なお、第1油密室571と第2油密室572は、本発明の油密室を構成している。
The first oil-
第3シリンダ孔512は、第2シリンダ52側が開口部になっている。そして、第3シリンダ孔512の一部は、第2ピストン大径部541が摺動する摺動部になっており、第1ピストン孔531の残部はピストンスプリング56が配置されたスプリング室514になっている。このスプリング室514は、第1シリンダ51に形成された連通孔515により、収納室13に連通されている。
The
第2ピストン54は、第2ピストン大径部541の端面からスプリング室514の底部に向かって延びる突起部546を備えている。この突起部546がスプリング室514の底部に当接することにより、第2ピストン54のリフト量が規定される。
The
上記構成において、図6に示すニードル閉弁状態のとき、すなわち排出弁32が収容室側シート面311に当接しているときに、ピエゾ素子積層体4に電荷が充電されると、ピエゾ素子積層体4が伸長する。それに伴い、第1ピストン53がピエゾ素子積層体4から遠ざかる向きに駆動され、第1ピストン53により第1油密室571および第2油密室572の圧力が高められる。
In the above configuration, when the
また、高圧化された第2油密室572の圧力が、第2ピストン段差面543に作用し、第2ピストン54および排出弁32がピエゾ素子積層体4側に向かって駆動される。すなわち、ピエゾ素子積層体4の伸長に伴う第1ピストン53の移動向きと第2ピストン54の移動向きが逆向きとなり、且つピエゾ素子積層体4の伸長に伴い排出弁32が収容室側シート面311から離れる向きに駆動される。
Further, the pressure in the second oil
そして、この排出弁32の移動により、排出弁32が収容室側シート面311から離れて排出通路315が開かれる。
The movement of the
一方、ニードル開弁状態のとき、すなわち排出弁32が収容室側シート面311から離れているときに、ピエゾ素子積層体4の電荷を放電させると、ピエゾ素子積層体4が収縮する。それに伴い、ピエゾスプリング55に付勢される第1ピストン53は、ピエゾ素子積層体4に追従して、ピエゾ素子積層体4側に向かって移動し、第1油密室571および第2油密室572の圧力が低下する。
On the other hand, when the charge of the
したがって、第2ピストン54および排出弁32は、ピストンスプリング56の付勢力により、中間ボデー31側に向かって移動する。このように、本実施形態の燃料噴射弁は、ピエゾ素子積層体4の収縮に伴う第1ピストン53の移動向きと第2ピストン54の移動向きが逆向きとなる。
Therefore, the
そして、この排出弁32の移動により、排出弁32が収容室側シート面311に当接して排出通路315が閉じられる。
Then, by the movement of the
本実施形態によると、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
また、突起部546がスプリング室514の底部に当接することにより、第2ピストン54のリフト量が規定されるため、排出弁32が排出通路315を閉じた状態から排出通路315を開くまでの時間、すなわち閉弁応答時間のばらつきを少なくすることができる。
Further, since the
さらに、第1ピストン53は、第1ピストン孔531(図2参照)を備えていないため、加工が容易である。
Furthermore, since the
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、変位伝達機構5の構成を一部変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the configuration of the
図7に示すように、第1シリンダ51の第1シリンダ孔511には、第1ピストン53および第2ピストン54の第2ピストン大径部541が摺動自在に挿入されている。そして、第1ピストン53と第2ピストン大径部541との間に油密室57が形成され、油密室57にピストンスプリング56が配置されている。
As shown in FIG. 7, the
第1シリンダ孔511の空間のうち、第2ピストン大径部541よりも第2シリンダ52側の空間は、第1シリンダ51に形成された連通孔516により、収納室13に連通されている。
Of the space of the
第2シリンダ52内には、第2ピストン小径部542よりも大径の円柱状空間である第2シリンダ貫通孔522が形成されている。そして、第2ピストン小径部542の先端側は、第2シリンダ貫通孔522内に位置し、第2ピストン小径部542の先端部に排出弁32が装着されている。
In the
上記構成において、本実施形態では、図7に示すニードル閉弁状態、すなわち排出弁32が収容室側シート面311に当接している状態は、ピエゾ素子積層体4が伸長した状態で保持される。
In the above configuration, in the present embodiment, the needle valve closed state shown in FIG. 7, that is, the state where the
そして、この状態からピエゾ素子積層体4の電荷を放電させると、ピエゾ素子積層体4が収縮する。それに伴い、ピエゾスプリング55に付勢される第1ピストン53は、ピエゾ素子積層体4に追従して、ピエゾ素子積層体4側に向かって移動し、油密室57の圧力が低下する。
And if the electric charge of the piezoelectric element laminated
この油密室57の圧力低下により、第2ピストン54および排出弁32がピエゾ素子積層体4側に向かって移動し、排出弁32が収容室側シート面311から離れて排出通路315が開かれる。
Due to the pressure drop in the oil
そして、排出通路315が開かれると、排出通路315の燃料が連通孔516や第2シリンダ貫通孔522を介して収納室13に流出し、ノズルニードル2が開弁向きに移動し、噴孔211が開かれて燃料が噴射される。
When the
一方、ニードル開弁状態のとき、すなわち排出弁32が収容室側シート面311から離れているときに、ピエゾ素子積層体4に電荷が充電されると、ピエゾ素子積層体4が伸長する。それに伴い、第1ピストン53がピエゾ素子積層体4から遠ざかる向きに駆動され、第1ピストン53により油密室57の圧力が高められる。
On the other hand, when the
この高圧化された油密室57の圧力が第2ピストン大径部541に作用し、第2ピストン54および排出弁32は中間ボデー31側に向かって移動し、排出弁32が収容室側シート面311に当接する。
The increased pressure in the oil
そして、排出通路315が閉じられると、排出通路315の燃料の流出が止まり、ノズルニードル2が閉弁向きに移動し、噴孔211が閉じられて燃料噴射が終了する。
When the
本実施形態によると、電荷の充電によるピエゾ素子積層体4の伸長に伴って排出弁32が収容室側シート面311に当接する位置まで駆動されるため、排出弁32を収納室13に配置することができる。
According to the present embodiment, the
したがって、従来のようにピエゾ素子積層体4の伸縮を排出弁32に伝達する手段の一部であるロッド部を排出通路315内に配置する必要がなくなり、排出通路315の断面積を小さくすることができる。
Accordingly, there is no need to dispose the rod portion, which is part of the means for transmitting the expansion and contraction of the
その結果、排出弁32の受圧面積を小さくすることができ、小さなエネルギで排出弁32を駆動することができる。
As a result, the pressure receiving area of the
なお、本実施形態では、変位伝達機構5を廃止し、ピエゾ素子積層体4にて排出弁32を直接駆動するようにしてもよい。
In this embodiment, the
(他の実施形態)
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, In the range described in the claim, it can change suitably.
また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。 Further, the above embodiments are not irrelevant to each other, and can be combined as appropriate unless the combination is clearly impossible.
また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 In each of the above-described embodiments, it is needless to say that elements constituting the embodiment are not necessarily essential unless explicitly stated as essential and clearly considered essential in principle. Yes.
また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。 Further, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, it is clearly limited to a specific number when clearly indicated as essential and in principle. The number is not limited to the specific number except for the case.
また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。 Further, in each of the above embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of the component, etc., the shape, unless otherwise specified and in principle limited to a specific shape, positional relationship, etc. It is not limited to the positional relationship or the like.
4 ピエゾ素子積層体
5 変位伝達機構(伝達手段)
13 収容室
21 ノズルボデー
22 ノズルニードル
24 ノズルシリンダ
26 制御室
31 中間ボデー
32 排出弁
33 制御プレート
53 第1ピストン
54 第2ピストン
57 油密室
211 噴孔
311 収容室側シート面
312 制御室側シート面
314 高圧供給通路
315 排出通路
4
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記収容室に配置され、燃料が充填された油密室(57)を有して前記ピエゾ素子積層体の伸縮を伝達する伝達手段(5)と、
高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔(211)を有するノズルボデー(21)と、
前記ノズルボデー内で往復動し、一端側にて前記噴孔を開閉するノズルニードル(22)と、
前記ノズルニードルの他端側が摺動自在に挿入され、前記ノズルニードルに閉弁向きの燃料圧力を作用させる制御室(26)を有するノズルシリンダ(24)と、
前記収容室に露出する収容室側シート面(311)、前記制御室に露出する制御室側シート面(312)、前記制御室の燃料を前記収容室に排出させる排出通路(315)、および前記制御室に高圧燃料を供給する高圧供給通路(314)を有する中間ボデー(31)と、
前記制御室に配置されて往復変位し、前記制御室側シート面に接離することにより前記高圧供給通路を開閉する制御プレート(33)と、
前記収容室に配置され、前記伝達手段に駆動されて前記収容室側シート面に接離することにより前記排出通路を開閉する排出弁(32)とを備え、
前記伝達手段は、前記ピエゾ素子積層体に駆動され、電荷の充電による前記ピエゾ素子積層体の伸長に伴って前記油密室の圧力を上昇させる第1ピストン(53)と、前記油密室の圧力を受けて作動して前記排出弁を駆動する第2ピストン(54)とを備え、さらに、前記第1ピストンの移動向きと前記第2ピストンの移動向きが逆向きで、且つ、前記ピエゾ素子積層体の伸長に伴って前記排出弁が前記収容室側シート面から離れる向きに駆動されるように構成されていることを特徴とする燃料噴射弁。 A piezoelectric element laminate (4) disposed in the low-pressure storage chamber (13) and extending and contracting by charge and discharge;
A transmission means (5) disposed in the storage chamber and having an oil-tight chamber (57) filled with fuel to transmit expansion and contraction of the piezoelectric element laminate;
A nozzle body (21) having an injection hole (211) for injecting high pressure fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine;
A nozzle needle (22) that reciprocates in the nozzle body and opens and closes the nozzle hole at one end;
A nozzle cylinder (24) having a control chamber (26) in which the other end side of the nozzle needle is slidably inserted and a fuel pressure is applied to the nozzle needle in a valve closing direction;
A storage chamber side sheet surface (311) exposed in the storage chamber, a control chamber side sheet surface (312) exposed in the control chamber, a discharge passage (315) for discharging fuel from the control chamber to the storage chamber, and An intermediate body (31) having a high pressure supply passage (314) for supplying high pressure fuel to the control chamber;
A control plate (33) disposed in the control chamber, reciprocally displaced, and opening and closing the high-pressure supply passage by contacting and separating from the control chamber side seat surface;
A discharge valve (32) disposed in the storage chamber and driven by the transmission means to open and close the discharge passage by contacting and separating from the storage chamber side seat surface;
The transmission means is driven by the piezo element stack, and a first piston (53) that raises the pressure of the oil tight chamber as the piezo element stack is extended by charge charging, and a pressure of the oil tight chamber. A second piston (54) that receives and operates to drive the discharge valve, and further, the moving direction of the first piston and the moving direction of the second piston are opposite to each other, and the piezoelectric element laminate body The fuel injection valve is configured so that the discharge valve is driven in a direction away from the storage chamber side seat surface as the length of the fuel cell extends.
前記第1ピストンは、前記第2ピストン大径部が摺動自在に挿入される第1ピストン孔(531)を備え、
前記伝達手段は、前記第1ピストンが摺動自在に挿入される第1シリンダ孔(511)、および前記第2ピストン小径部が摺動自在に挿入される第2シリンダ孔(521)が形成されたシリンダ(51、52)を備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。 The second piston includes a second piston large diameter portion (541) having a smaller diameter than the first piston, a second piston small diameter portion (542) having a smaller diameter than the second piston large diameter portion, and the second piston. A second piston step surface (543) formed at a boundary portion between the large diameter portion and the second piston small diameter portion and receiving the pressure of the oil tight chamber;
The first piston includes a first piston hole (531) into which the second piston large diameter portion is slidably inserted.
The transmission means includes a first cylinder hole (511) into which the first piston is slidably inserted, and a second cylinder hole (521) into which the second piston small diameter portion is slidably inserted. The fuel injection valve according to claim 1, further comprising a cylinder (51, 52).
前記伝達手段は、前記第2ピストン大径部が摺動自在に挿入される第1シリンダ孔(511)、および前記第2ピストン小径部が摺動自在に挿入される第2シリンダ孔(521)が形成されたシリンダ(51、52)を備え、
前記油密室は、前記第2ピストン孔の一部である第1油密室(571)と、前記第1シリンダ孔の一部である第2油密室(572)とを備え、
前記第2ピストンは、前記第1油密室と前記第2油密室とを連通させる油密室連通孔(545)を備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。 The second piston includes a second piston large-diameter portion (541), a second piston small-diameter portion (542) having a smaller diameter than the second piston large-diameter portion, the second piston large-diameter portion, and the second piston. A second piston step surface (543) that is formed at the boundary with the small diameter portion and receives the pressure of the oil tight chamber, and is formed inside the second piston large diameter portion and the first piston is slidably inserted. A second piston hole (544),
The transmission means includes a first cylinder hole (511) into which the second piston large diameter portion is slidably inserted, and a second cylinder hole (521) into which the second piston small diameter portion is slidably inserted. Comprising a cylinder (51, 52) formed with
The oil tight chamber includes a first oil tight chamber (571) that is a part of the second piston hole, and a second oil tight chamber (572) that is a part of the first cylinder hole,
2. The fuel injection valve according to claim 1, wherein the second piston includes an oil tight chamber communication hole (545) for communicating the first oil tight chamber with the second oil tight chamber.
前記伝達手段は、前記第1ピストンが摺動自在に挿入される第1シリンダ孔(511)、前記第2ピストン小径部が摺動自在に挿入される第2シリンダ孔(521)、および前記第2ピストン大径部が摺動自在に挿入される第3シリンダ孔(512)が形成されたシリンダ(51、52)を備え、
前記油密室は、前記第1シリンダ孔の一部である第1油密室(571)と、前記第2シリンダ孔と前記第3シリンダ孔との間で且つ前記第2ピストンの外周側に形成されて前記第2ピストン段差面が露出する第2油密室(572)とを備え、
前記シリンダは、前記第1油密室と前記第2油密室とを連通させる油密室連通孔(513)を備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。 The second piston includes a second piston large-diameter portion (541), a second piston small-diameter portion (542) having a smaller diameter than the second piston large-diameter portion, the second piston large-diameter portion, and the second piston. A second piston step surface (543) that is formed at the boundary with the small diameter portion and receives the pressure of the oil tight chamber,
The transmission means includes a first cylinder hole (511) into which the first piston is slidably inserted, a second cylinder hole (521) into which the second piston small diameter portion is slidably inserted, and the first cylinder hole (521). A cylinder (51, 52) having a third cylinder hole (512) into which a two-piston large-diameter portion is slidably inserted;
The oil tight chamber is formed between the first oil tight chamber (571) which is a part of the first cylinder hole, the second cylinder hole and the third cylinder hole and on the outer peripheral side of the second piston. A second oil-tight chamber (572) from which the second piston step surface is exposed,
2. The fuel injection valve according to claim 1, wherein the cylinder includes an oil-tight chamber communication hole (513) that allows the first oil-tight chamber and the second oil-tight chamber to communicate with each other.
高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔(211)を有するノズルボデー(21)と、
前記ノズルボデー内で往復動し、一端側にて前記噴孔を開閉するノズルニードル(22)と、
前記ノズルニードルの他端側が摺動自在に挿入され、前記ノズルニードルに閉弁向きの燃料圧力を作用させる制御室(26)を有するノズルシリンダ(24)と、
前記収容室に露出する収容室側シート面(311)、前記制御室に露出する制御室側シート面(312)、前記制御室の燃料を前記収容室に排出させる排出通路(315)、および前記制御室に高圧燃料を供給する高圧供給通路(314)を有する中間ボデー(31)と、
前記制御室に配置されて往復変位し、前記制御室側シート面に接離することにより前記高圧供給通路を開閉する制御プレート(33)と、
前記収容室に配置され、前記ピエゾ素子積層体の伸縮に伴って前記収容室側シート面に接離することにより前記排出通路を開閉する排出弁(32)とを備え、
電荷の充電により前記ピエゾ素子積層体が伸長することにより、前記排出弁が前記収容室側シート面に当接する位置まで駆動されるように構成されていることを特徴とする燃料噴射弁。 A piezoelectric element laminate (4) disposed in the low-pressure storage chamber (13) and extending and contracting by charge and discharge;
A nozzle body (21) having an injection hole (211) for injecting high pressure fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine;
A nozzle needle (22) that reciprocates in the nozzle body and opens and closes the nozzle hole at one end;
A nozzle cylinder (24) having a control chamber (26) in which the other end side of the nozzle needle is slidably inserted and a fuel pressure is applied to the nozzle needle in a valve closing direction;
A storage chamber side sheet surface (311) exposed in the storage chamber, a control chamber side sheet surface (312) exposed in the control chamber, a discharge passage (315) for discharging fuel from the control chamber to the storage chamber, and An intermediate body (31) having a high pressure supply passage (314) for supplying high pressure fuel to the control chamber;
A control plate (33) disposed in the control chamber, reciprocally displaced, and opening and closing the high-pressure supply passage by contacting and separating from the control chamber side seat surface;
A discharge valve (32) that is disposed in the storage chamber and opens and closes the discharge passage by coming into contact with and separating from the storage chamber side sheet surface as the piezoelectric element laminate expands and contracts.
A fuel injection valve configured to be driven to a position where the discharge valve abuts against the storage chamber side seat surface when the piezoelectric element laminate is extended by charging of electric charge.
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