JP2017207071A - Fuel injection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関に燃料を供給するための燃料噴射弁、特に低燃費化と高出力化の両立を実現する燃料噴射弁に関する。 The present invention relates to a fuel injection valve for supplying fuel to an internal combustion engine, and more particularly to a fuel injection valve that achieves both low fuel consumption and high output.
近年、自動車の燃費規制が強化されてきており、自動車用内燃機関には低燃費化が求められている。一方で内燃機関には高出力化も求められている。低燃費化と高出力化を同時に達成するためには、エンジンの広い運転領域に適合するために、噴射量制御範囲の拡大が必要となる。そのためには、燃料噴射部の流路断面積を決めている弁体のリフト量(ストローク)を変えられることが望ましい。 In recent years, regulations on fuel consumption of automobiles have been strengthened, and reduction in fuel consumption is required for internal combustion engines for automobiles. On the other hand, high output is also required for internal combustion engines. In order to achieve low fuel consumption and high output at the same time, it is necessary to expand the injection amount control range in order to adapt to a wide operating range of the engine. For this purpose, it is desirable to be able to change the lift amount (stroke) of the valve body that determines the flow path cross-sectional area of the fuel injection section.
これを実現するための燃料噴射弁として、2つの可動子を有する構成が特許文献1で開示されている。
As a fuel injection valve for realizing this, a configuration having two movers is disclosed in
しかしながら、特許文献1では、それぞれの可動子が動かす対象が異なり、ストロークが2段にはなってはいない。
However, in
本発明の目的は、低燃費化と高出力化の両立といったエンジンの広い運転状態に必要とされる燃料噴射量の制御範囲を広げるために、弁体のストローク量を可変することが可能な燃料噴射弁を提供することにある。 An object of the present invention is to make it possible to vary the stroke amount of the valve body in order to widen the control range of the fuel injection amount required for a wide operating state of the engine such as achieving both low fuel consumption and high output. It is to provide an injection valve.
前記課題を解決するために、本発明は次のような構成を採用する。 In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.
摺動可能に設けられた弁体と、前記弁体と協働する可動子と、前記可動子と対向する位置に設けられた固定鉄心と、環状の弁座が形成された弁座部材と、前記可動子を変位させ前記弁体を前記弁座に離着座させるコイルと、を備えてなる燃料噴射弁において、一つの前記弁体に対して複数の前記可動子が係合しているようにする。 A valve body slidably provided, a mover cooperating with the valve body, a fixed iron core provided at a position facing the mover, and a valve seat member formed with an annular valve seat; A fuel injection valve comprising: a coil for displacing the mover and detaching and seating the valve body on the valve seat; and a plurality of the movers are engaged with one valve body. To do.
本発明の燃料噴射弁によれば、複数のストロークを構成することで、燃料噴射量の制御範囲が広くなることにより、エンジンの広い運転領域で最適な燃料噴射を実現する事が出来る。 According to the fuel injection valve of the present invention, by configuring a plurality of strokes, the control range of the fuel injection amount is widened, so that optimal fuel injection can be realized in a wide operating range of the engine.
(実施例1)
本発明の第1の実施形態に係る燃料噴射弁について、図1〜図7を参照しながら以下に説明する。図1は本発明の実施形態に係る燃料噴射弁の構造を示す断面図である。図2乃至3は本発明の実施形態に係る可動子の説明図である。図4は本発明の実施形態に係る固定鉄心部の拡大断面図である。図5は本発明の実施形態に係る可動部の拡大図である。図6は本発明の実施形態に係る、小ストロークをするときの可動部の拡大図及び駆動電流波形である。図7は本発明の実施形態に係る、大ストロークをするときの可動部の拡大図及び駆動電流波形である。
Example 1
A fuel injection valve according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a fuel injection valve according to an embodiment of the present invention. 2 to 3 are explanatory views of the mover according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the fixed iron core according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is an enlarged view of the movable part according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is an enlarged view of a movable part and a drive current waveform when performing a small stroke according to the embodiment of the present invention. FIG. 7 is an enlarged view of a movable part and a drive current waveform when a large stroke is performed according to the embodiment of the present invention.
はじめに、燃料噴射弁1における全体構成と燃料の流れについて説明する。
First, the overall configuration and fuel flow in the
燃料噴射弁1は、燃料を噴射する燃料噴射孔110’を有する噴射孔構成部材110、上下に駆動する弁体106を内包するノズル体111、ターミナル119を通じてコイル115へ開弁信号を与えられた場合に磁気回路120となる、内部固定鉄心100、第一の可動子107、第二の可動子105、外部固定鉄心113、上部固定鉄心114から構成される。さらに、非通電時には弁体106へ力を作用させる、バネ止めピン117に上方を支持されて下方に力を発生させている上部バネ116と、ノズル体111の受け部111aで支持されて、第一の可動子107を介して上方への力を与える下部バネ108によって構成されている。
The
図示しない燃料配管と接続されている燃料流入部100’から流れ込んだ燃料は燃料噴射弁の中心軸1’に沿って流れ、弁体106の上部中心にある燃料通路106a及び径方向へ連通する横方向燃料通路106bを通りノズル体111と弁体106の間111’を通り、燃料噴射弁1の先端にあるガイド部材109の燃料通路部109aを通り、弁体106と噴射孔構成部材110がシートするシート部106cに至り、通電時にはシート部106cに生じる隙間を通り、燃料噴射孔110’より燃料が噴射される。
The fuel flowing from the
次に、可動部として機能する、第一の可動子107、第二の可動子105、弁体の構成について説明する。 Next, the structure of the 1st needle | mover 107, the 2nd needle | mover 105, and a valve body which function as a movable part is demonstrated.
図2(a)は第二の可動子105を燃料噴射弁上方から見た上視図である。図2(b)は図1における弁体106の直交方向の断面図である。図2(c)は第二の可動子105と弁体106を組合せた可動体201の断面図である。図3(a)は、第一の可動子107を燃料噴射弁上方から見た上視図である。図3(b)は、図3(a)のA-A断面図である。
FIG. 2A is a top view of the
本発明における、第二の可動子105には、磁気吸引面となる円形部105aと、円形部から外周へ伸びている外周延長部105bがあることが特徴である。また、弁体106の外径部と圧入などにより一体化するための内径孔105cが開いており、一体化した可動体201として動作する。
The
第一の可動子107には、内周側と外周側の固定鉄心と対となる上面107eがあり、その一部に突起部107fがある。突起部107fは、固定鉄心と第一の可動子の上面107eの間に存在する燃料による張付き力を抑制している。また、第一の可動子107には、可動体201における第二の可動子の下面105dと接し収まる中面107aがある。中面107aには、可動体201との接触時に燃料の通路となる軸方向燃料通路107c、径方向燃料通路107dがあり、燃料による、張付き力の発生を抑制している。第一の可動子の下面107bは、下部バネ108と接触し、上方向の力を発生させている。また、第一の可動子107の中央には孔107gが開孔しており、可動体201における弁体106の外周部106dが通る。
The
次に、第一、第二の可動子を吸引する、固定鉄心について説明する。本発明の燃料噴射弁において、内部固定鉄心100、外部固定鉄心113の間に、スペーサ112があることが特徴である。スペーサ112は、内部固定鉄心100、外部固定鉄心113に対して、溶接によって接合する場合や、上方向からの荷重により潰れ部112a、bでの金属同士の緊迫結合によって結合する場合がある。内部固定鉄心100、外部固定鉄心113は磁性材であるのに対して、スペーサ112は非磁性材である。仮に、スペーサ112が磁性材であると、図1で構成される磁気回路120が内部固定鉄心100、スペーサ112、外部固定鉄心113、上部固定鉄心114から構成されてしまい、第一の可動子107、第二の可動子105に磁気吸引力が発生しなくなってしまう。
Next, the fixed iron core that sucks the first and second movers will be described. The fuel injection valve of the present invention is characterized in that a
以下、本発明の特徴である、2つのストロークを達成する動作原理について説明する。本動作は、コイルに通電する電流によって発生する第一の可動子107、第二の可動子105に発生する磁気吸引力の差を利用し、大小のリフトを構成することが特徴である。
Hereinafter, the operation principle for achieving two strokes, which is a feature of the present invention, will be described. This operation is characterized in that a large and small lift is configured using a difference in magnetic attraction force generated in the first
図5は本発明の実施形態に係る可動部の閉弁状態の図である。図6(a)は本発明の実施形態に係る小ストローク時の可動部の拡大図であり、図6(b)は小ストロークを発生させる時の駆動電流波形及び弁体の変位図である。図7(a)(b)は本発明の実施形態に係る大ストローク時の可動部の拡大図であり、図7(c)は大ストロークを発生させる時の駆動電流波形である。そして図7のピーク値701は、図6(b)のピーク値601より大きく、保持電流値702は、図6(b)の保持電流値602より大きく設定されている。上記図中における、図1と同一の番号が付与されている物は、図1における部品と同様であり、詳細な説明は省略し、必要に応じ本動作説明内において引用する。
FIG. 5 is a diagram of a valve closing state of the movable portion according to the embodiment of the present invention. FIG. 6A is an enlarged view of the movable portion at the time of a small stroke according to the embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a drive current waveform and a displacement diagram of the valve body when the small stroke is generated. FIGS. 7A and 7B are enlarged views of the movable portion at the time of a large stroke according to the embodiment of the present invention, and FIG. 7C is a drive current waveform when the large stroke is generated. 7 is set to be larger than the
はじめに、閉弁状態での構成について図5を用いて説明する。本発明に係る燃料噴射弁が閉弁している状態において、内部固定鉄心100と外部固定鉄心113の下端面5100と、第一の可動子107の上端面5107の間には隙間502、第二の可動子105の上端面5201の間には隙間503がそれぞれ構成されている。上記隙間502、503は、燃料噴射弁のリフト量となっている。上記隙間503は、上記隙間502よりも大きく構成されており、本発明における燃料噴射弁における2つのリフトを構成することになる。本実施例においては、第一の可動子107と第二の可動子105が接触している状態において、それぞれの上端面5107と5201の高さの差分により2つのリフト量の差分σを構成しているが、スペーサ等を利用し、差分を調整することも可能である。
First, the configuration in the valve-closed state will be described with reference to FIG. In the state where the fuel injection valve according to the present invention is closed, a
次に、2つのリフト量のうち、小さいリフト量を達成する時の、構成を以下説明する。本発明に係る燃料噴射弁において、コイル115に電流が通電されると、第一の可動子107が上方へ吸引されて、内部固定鉄心100と外部固定鉄心113の下端面5100と第一の可動子の上端面5107が接触し、小ストロークを構成する。力の作用する関係で言い換えると下記の様になる。
Next, the configuration for achieving a small lift amount of the two lift amounts will be described below. In the fuel injection valve according to the present invention, when a current is passed through the
図6(a)に示すように第二の可動子105と弁体106からなる可動体201を下方に押す力は、燃圧=Ffと上部ばね116と下部ばね108の差分力=Fsである。これに対して、第二の可動子105と弁体106からなる可動体201を上方に押す力は、第一の可動子107に作用する磁気力=Fa1と第二の可動子105に作用する磁気力=Fa2であり、Ff+Fs<Fa1かつFf+Fs>Fa2の時、弁体106は小ストロークとなる。この際、第二の可動子105は内部固定鉄心100と外部固定鉄心113の下端面5100とは接触せず、第一の可動子の中面107aと第二の可動子の下面105dとは接触した状態となっている。そして、コイル115への通電により発生する磁束が通り、主となる磁気回路610が構成されている。
As shown in FIG. 6A, the force that pushes the
図6(b)に示されるように、コイル115に通電する駆動電流波形のピーク値601とピーク値601よりも低い保持電流値602によって、第一の可動子にかかる、上部バネ116と下部バネ108の差分により下方向へかかる力、及び燃料によって下方向に受ける力を上回るような磁気吸引力を発生させ、第一の可動子107のみを駆動させる。この時、第二の可動子105に発生する磁気吸引力は、上部バネ116と下部バネ108の差分により下方向へかかる力、及び燃料によって下方向に受ける力を下回っているために、上記説明のように、第一の可動子の中面107aと第二の可動子の下面105dとは接触したままの状態となっている。
As shown in FIG. 6B, the
図6(b)を用いて弁体106の変位を説明する。コイル115へ通電する駆動電流波形のピーク値601を印加すると、弁体106はa区間で急激に上昇する。そして駆動電流をピーク値から下げ、b区間で弁体106の上昇スピードを緩やかにし、保持電流602をコイルへ印加することによりc区間の様に開弁状態で弁体106は、保持される。
The displacement of the
引き続き、2つのリフト量のうち、大きいリフト量を達成する時の、構成を図7(a)乃至(c)を用いて以下説明する。本発明に係る燃料噴射弁において、コイル115に電流が通電されると、第一の可動子107が上方へ吸引されると同時に第二の可動子105も吸引され、内部固定鉄心100と外部固定鉄心113の下端面5100と第一の可動子の上端面5107、第二の可動子の上端面5201は接触し、大ストロークを構成する。この際、コイル115への通電により発生する磁束が通り、主となる磁気回路710、711が構成されている。
Next, the configuration when achieving a large lift amount of the two lift amounts will be described below with reference to FIGS. In the fuel injection valve according to the present invention, when the
図7(c)に示されるように、コイル115に通電する駆動電流波形のピーク値701に到達後、ピーク電流を保持した電流値701’を発生し、その後保持電流値702を発生させるようにすることで、第二の可動子にかかる、上部バネ116と下部バネ108の差分により下方向へかかる力、及び燃料によって下方向に受ける力を上回るように磁気吸引力を発生させ、第一の可動子107と共に駆動させる。力の作用する関係で言い換えると下記の様になる。
As shown in FIG. 7C, after reaching the
図6に示すように弁体106を下方に押す力は、燃圧=Ffと上部ばね116と下部ばね108の差分力=Fsである。これに対して弁体106を上方に押す力は、第一の可動子107に作用する磁気力=Fa1と第二の可動子105に作用する磁気力=Fa2であり、Ff+Fs<Fa1かつFf+Fs<Fa2の時、弁体106は大ストロークとなる。
As shown in FIG. 6, the force that pushes the
この際、図2において前述したように、第二の可動子105において円形部から外周へ伸びている外周延長部105bを有することに外周側まで拡張した形にしていることは以下の理由がある。
At this time, as described above with reference to FIG. 2, the
大リフトをしているときに、第一の可動子107と第二の可動子105の間には隙間712が構成されている。燃料噴射弁が周方向全周に渡って、図7(a)の断面を有することになると、内部固定鉄心100から第二の可動子105に入ってきた磁束が外部固定鉄心113に通りにくく、第二の可動子105に必要となる磁気吸引力が得られにくい。しかしながら、第二の可動子105において円形部から外周へ伸びている外周延長部105bを有するよう外周側まで拡張した形にすることによって、周方向の一部が図7(b)に示されるような断面を有すると、内部固定鉄心100から第二の可動子105に入ってきた磁束が外部固定鉄心113へ通り、第二の可動子105に必要となる磁気吸引力が得られる。第二の可動子105の外周側まで拡張されている部位は大きくすればするほど、第一の可動子107の磁気吸引面積を低下させることになるため、必要となる吸引力、使用条件によって形状は最適に決定される。また、同じ吸引力を発生するとした場合においても、可動体201の全重量を軽くするように考慮した設計が成されることが、燃料噴射弁の閉弁時に発生する弁体の弁座部とのバウンドを抑える観点からは望ましい。
A
本発明に係る、リフト量の調整方法では、大きいリフト量もしくは小さいリフト量のどちらかを先に決定し、その後第一の可動子107と第二の可動子105のなす高さの差により、もう一方のリフト量を決めることになっている。のぞましくは、小さいリフト量が先に決定された後に、大きいリフト量が決定されるようにするのが良い。その理由は、リフト量が小さい方が、リフトの調整誤差に対して対応する燃料噴射弁の噴射量のばらつきの割合が大きくなるためである。
In the lift amount adjustment method according to the present invention, either the large lift amount or the small lift amount is determined first, and then the difference between the heights of the first
本発明に係る、2つのリフトをなす燃料噴射弁において、図示しない内燃機関に搭載されている場合に、2つのリフトを切替える場面について以下説明する。リフト量を小さくして、小噴射量が必要になる場面は、内燃機関の回転数が低い時、内燃機関の発生トルクが低い時、燃料噴射圧力が低い時が主である。すなわち、吸入空気量をセンシングしているエアフローセンサ、回転数をセンシングしているクランクセンサ、燃料噴射圧力をセンシングしているプレッシャセンサの情報を元に一定の閾値をまたいだ場合に、小ストローク用の波形に切り替えることとする。また、アクセル開度が大きく、回転数が高く、トルクも高い運転状態において、突然アクセル開度を小さくしたような場合には、燃圧が高くとも、小ストロークする波形へ切り替えることが望ましい。 In the fuel injection valve having two lifts according to the present invention, a case where the two lifts are switched when mounted on an internal combustion engine (not shown) will be described below. The scenes that require a small injection amount by reducing the lift amount are mainly when the rotational speed of the internal combustion engine is low, when the generated torque of the internal combustion engine is low, and when the fuel injection pressure is low. In other words, when a certain threshold is crossed based on the information of the air flow sensor that senses the intake air amount, the crank sensor that senses the rotation speed, and the pressure sensor that senses the fuel injection pressure, Switch to the waveform of. Further, when the accelerator opening is suddenly reduced in an operating state where the accelerator opening is large, the rotation speed is high, and the torque is high, it is desirable to switch to a waveform that makes a small stroke even if the fuel pressure is high.
本実施例においては、吸入空気量、内燃機関回転数、燃料噴射圧力、アクセル開度をセンシングし、その閾値によって、燃料噴射弁に通電する電流波形を切り替えることとしたが、他の情報を用いても、同様の効果が得られる場合には、切替えをすることが可能である。 In the present embodiment, the intake air amount, the internal combustion engine speed, the fuel injection pressure, and the accelerator opening are sensed, and the current waveform to be supplied to the fuel injection valve is switched according to the threshold value, but other information is used. However, if the same effect can be obtained, switching can be performed.
本実施例では、第二の可動子105と弁体106が元々は別部材であり、圧入等によって一体化される構造としているが、元々一体化された構造であっても、内部固定鉄心100および外部固定鉄心113へ吸引され、かつ、弁座部106cにおいて燃料をシールすることが可能であれば、構成を問うことはない。
In the present embodiment, the second
本実施例では、小ストローク時にピーク電流を保持しない電流波形、大ストローク時にピーク電流を保持するような波形として説明しているが、可動子が2つのストロークを構成する電流波形であれば、他の電流波形であっても、本発明に係る作用効果が損なわれるものではない。 In this embodiment, the waveform is described as a waveform that does not hold the peak current during a small stroke and a waveform that holds a peak current during a large stroke. Even if it is the current waveform of this, the effect which concerns on this invention is not impaired.
本実施例では、非磁性部材としているスペーサ112は単一の部品として構成されているが、これを複数の部材によって構成したとしても、本発明に係る作用効果が損なわれるものではない。
In this embodiment, the
1・・・燃料噴射弁
100・・・内部固定鉄心
105・・・第二の可動子
106・・・弁体
107・・・第一の可動子
108・・・下部バネ
110・・・噴射孔構成部材
111・・・ノズル体
112・・・スペーサ
113・・・外部固定鉄心
116・・・上部バネ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
を備えてなる燃料噴射弁において、
一つの前記弁体に対して複数の前記可動子が係合していることを特徴とする燃料噴射弁。 A valve body slidably provided, a mover cooperating with the valve body, a fixed iron core provided at a position facing the mover, and a valve seat member formed with an annular valve seat; A coil for displacing the mover and detaching and seating the valve body on the valve seat;
In a fuel injection valve comprising:
A fuel injection valve characterized in that a plurality of the movers are engaged with one valve body.
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