JP3864764B2 - Fuel injection valve - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータを用いて制御弁を動作させることにより燃料噴射を制御する内燃機関用の燃料噴射弁に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の燃料噴射システムの1つに、各気筒に共通のコモンレール(蓄圧室)を用いるコモンレール式燃料噴射システムがある。コモンレール式燃料噴射システムでは、高圧ポンプから圧送される高圧燃料をコモンレールに蓄圧し、所定の噴射時期に各気筒に対応する燃料噴射弁を駆動して燃料を噴射する。燃料噴射弁は、例えば、ノズルニードルの背圧を油圧制御弁で制御することによって、噴孔を開閉する構成となっており、特に、近年、応答性の良好なピエゾアクチュエータを駆動源とするものが提案されている(例えば、特開2001−41125等)。
【0003】
かかる燃料噴射弁は、ピエゾアクチュエータの伸縮に伴って圧力が増減するポンプ室と、その圧力を受けてシリンダ内を摺動する作動ピストンを備え、該作動ピストンによって、ノズルニードルの背圧を増減する制御弁を駆動するようになしてある。制御弁は、コモンレールに連通する高圧ポートとドレーン通路に連通する低圧ポートのいずれか一方を選択的に閉鎖し、ノズルニードルに閉弁力を与える背圧室の圧力を高圧または低圧とする。すなわち、低圧ポートを開、高圧ポートを閉とすると、背圧室の圧力が低下して、燃料が噴射される。噴射停止時には、高圧ポートを開、低圧ポートを閉とすると、背圧室の圧力が上昇してノズルニードルが下降し、噴孔を閉鎖する。
【0004】
図4のように、制御弁は、例えば、高圧ポート101および低圧ポート102が開口する弁室103内にこれらポートを開閉するボール弁104を収容してなる。ピエゾアクチュエータが収縮している状態では、高圧ポート101から流入する高圧燃料がボール弁104を低圧ポート102に押し付けており、ピエゾアクチュエータを伸長させ、ポンプ室105が所定の圧力を超えると、作動ピストン106が下降してボール弁104を押し下げる。これにより、弁室103内の燃料が低圧ポート102から低圧通路107へ流出するために、オリフィス108を介して弁室103と連通する背圧室の圧力が低下し、ノズルニードルがリフトを開始する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、作動ピストン106が動き出すと同時に、ボール弁104が離座し、低圧ポート102から燃料が流出するために、その噴流力が、ボール弁104を押し下げるようとする作動ピストン106の動きを妨げる方向に作用する。さらに、噴射期間中も高圧燃料が流出し続けるため、低圧ポート102に続くスピル室109の圧力が上昇し、作動ピストン位置の保持を妨げる方向に作用する。従って、ピエゾアクチュエータには、燃料噴射弁を正常に作動させるため、これらの作用力の分だけ余分なエネルギーを投入する必要が生じる。その結果、駆動装置が大型化し、コストが上昇するといった問題があった。
【0006】
本発明の目的は、作動ピストンで制御弁を開閉駆動する構成の燃料噴射弁において、作動ピストンを駆動するアクチュエータの必要駆動エネルギーを低減し、駆動装置の小型化、コスト低減を可能にすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の燃料噴射弁は、アクチュエータによって駆動される作動ピストンと、ノズルニードルに油圧を作用させる制御室と、該制御室の圧力を増減する制御弁を備え、上記作動ピストンが上記制御弁の弁体を開閉駆動するのに伴い上記ノズルニードルを昇降させる。上記制御弁は、上記弁体を、高圧通路に連通する高圧ポートおよび低圧通路に連通する低圧ポートを設けた弁室に収容し、上記アクチュエータにエネルギーを供給した時に上記弁体が上記低圧ポートを開いて上記高圧ポートを閉じ、該エネルギーを放出した時に上記高圧ポートを開いて上記低圧ポートを閉じる構成とする。そして、上記作動ピストンを、上記低圧ポートに連続する低圧のスピル室に収容し、上記スピル室との接続端部において、上記低圧ポートの通路面積が上記スピル室側へ向けて拡大するように、上記作動ピストンおよび上記低圧ポートを形成する。
具体的には、上記低圧ポートの上記スピル室への接続端部を、上記スピル室側へ向けてテーパ状に拡径するテーパ部とし、上記低圧ポートに挿通される上記作動ピストンの先端部を細径のロッド部とすると、通路面積の拡大が容易にできる。
【0008】
上記構成によれば、上記低圧ポートと上記スピル室の接続部で通路面積が拡大するので、上記スピル室へ噴出する噴流の速度を落とすと同時に、剥離、渦損失を発生させて、噴流エネルギーを低下させることができる。
【0010】
この時、上記低圧ポートの半径をr1 、上記作動ピストンの上記ロッド部の半径をr2 、上記低圧ポートの通路面積をA1 とし、上記テーパ部の流れ方向の基端部からの距離L1 を式(1)で定義する。
A1 =π・{(r1 )2 −(r2 )2 }=π・(L1 )2 ・・・(1)
AL1/A1 ≧2.5・・・(2)
そして、上記距離L1 における通路面積AL1と上記低圧ポートの通路面積A1 の比で表される通路面積の拡大率AL1/A1 が、式(2)を満足するように形成すると、上記低圧通路から噴出する噴流のエネルギ−を低減する効果が高い。よって、上記作動ピストンへの作用力を低減させることができ、上記弁体が上記低圧ポートの開弁するのに必要なエネルギーが小さくなるので、上記アクチュエータの必要駆動エネルギーを小さくして、装置の小型化、コスト低減が可能である。
【0011】
請求項2のように、上記スピル室に接続される上記低圧通路の接続方向を、噴流の流れ方向と略一致させて設けると、噴流は、上記連通路によって上記低圧通路へ誘導される。従って、上記スピル室内の燃料を速やかに排出して、上記作動ピストンに作用する上記スピル室内の燃料圧力を緩和し、上記低圧ポートの開放位置を維持するのに必要な上記アクチュエータの駆動エネルギーを小さくすることができる。
【0012】
請求項3は、上記課題を解決するための他の発明で、同様の構成の制御弁を備え、上記作動ピストンを上記低圧ポートに連続する低圧のスピル室に収容した燃料噴射弁において、上記スピル室内に、上記低圧ポートから上記スピル室に噴出する流れと上記作動ピストンの受圧面の間を遮断する遮断壁を形成する。該遮断壁は、上記スピル室を形成するハウジングに固定され、上記作動ピストンとは別体に設けてある。
【0013】
上記遮断壁を設けることで、上記低圧通路から噴出する噴流が直接上記作動ピストンの受圧面に作用するのを防止できる。よって、上記作動ピストンを駆動して上記低圧ポートを開放し、その位置を維持するのに必要なエネルギーが小さくなるので、上記アクチュエータの必要駆動エネルギーを小さくすることができ、装置の小型化、低コスト化に同様の効果が得られる。
【0014】
請求項4のように、上記アクチュエータによって駆動される上記作動ピストンよりも大径のピストン部材と、該ピストン部材の変位により油圧を増減させて上記作動ピストンを駆動するポンプ室を設けると、上記アクチュエータの変位を増幅して上記作動ピストンに伝達することができるので、より小型で高効率な燃料噴射弁が得られる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態を図面に従って説明する。図1(a)は、本発明を適用した燃料噴射弁1の全体構成を示す図で、例えば、ディーゼルエンジンのコモンレール噴射システムに好適に使用される。燃料噴射弁1は、ノズルボディBの先端(図の下端)に設けた噴孔11をノズルニードル12の上下動により開閉して、燃料の噴射を開始ないし停止するもので、外部の駆動装置Dによって作動が制御される。噴孔11は、ノズルニードル12が上端位置にある時に開となり、高圧通路3に続く燃料溜まり31と導通して燃料が供給される一方、ノズルニードル12がノズルシート13に着座する下端位置において閉となり、燃料溜まり31との導通が遮断されて燃料の供給が停止される。
【0016】
高圧通路3は、燃料溜まり31から上方向へ延び、ノズルボディBに油密的に固定されるハウジングH内を経てを外部のコモンレール(図略)に連通している。ハウジングH内には、また、外部の燃料タンク(図略)に連通する低圧通路としてのドレーン通路2が形成されている。ノズルニードル12の上方には、ノズルボディBとハウジングHの衝合部に制御室4が形成され、ノズルニードル12は、制御室4内に配したスプリング41のばね力と制御室4の油圧によって常に閉方向(下方)へ付勢されている。
【0017】
制御室4の油圧は、制御弁としての3方弁5によって制御される。3方弁5は、ハウジングH内に形成した弁室51内に略球形の弁体52を配設してなり、弁室51はメインオリフィス42を介して制御室4と常に連通している。弁室51は、頂面に低圧ポートであるドレーンポート21が、底面に高圧ポート32が開口しており、弁室51内の弁体52が上方または下方に移動して上記2つのポートの一方を選択的に閉塞すると、他方が開放されて制御室4と導通する。ドレーンポート21は弁室51上方に設けたスピル室22を介してドレーン通路2に連通し、高圧ポート32は高圧燃料通路3に連通している。
【0018】
よって、弁体52がドレーンポート21を開いて高圧ポート32を閉じると、制御室4の燃料が弁室51からドレーンポート21を経て流出する。これにより、制御室4の圧力が低下してノズルニードル12の開弁圧以下となると、ノズルニードル12がノズルシート13から離れて燃料が噴射される。一方、弁体52が高圧ポート32を開いてドレーンポート21を閉じると、高圧ポート32から流入する燃料で制御室4の圧力が上昇し、ノズルニードル12が下降してノズルシート13に着座する。
【0019】
なお、制御室4は、高圧ポート32の下端に連通させて設けたサブオリフィス43によって、3方弁5を介さずに高圧通路3と常に連通している。このサブオリフィス43は、高圧通路3からサブオリフィス43を経て制御室4に燃料を流入させることによって、噴射終了時には圧力上昇を促進してノズルニードル12を迅速に閉弁させる作用がある。
【0020】
ここで、ドレーンポート21側の弁室51の頂面は、円錐形状のドレーンシート53を形成しており、高圧ポート32側の弁室51の底面は、フラット形状の高圧シート54を形成している。このように一方をフラット形状とするのは、弁体52の軸ずれを許容するためである。弁体52は、いずれかのシート53、54に着座することにより対応するポートを閉塞するが、弁室51の圧力は常にドレーンポート21の圧力より高いため、弁体52はドレーンシート53に着座しているのが常態となる。
【0021】
ハウジングHの上端部内には、駆動源となるピエゾアクチュエータ14が収容され、その下端に接して、大径のピストン部材である大径ピストン15が一体に設けられる。ピエゾアクチュエータ14は、PZT等の圧電体を積層してなる公知の構成で、外部の駆動装置Dからエネルギーを供給することによって伸長し、注入されたエネルギーを放出することによって収縮して、大径ピストン15を駆動する。大径ピストン15の下方には、作動油を充填したピエゾポンプ室16と、小径の作動ピストン17がこの順で同軸的に配置され、大径ピストン15の変位を拡大して作動ピストン17に伝達する。この時の変位拡大率は、両ピストン15、17の径差に応じて決定される。なお、大径ピストン15は、ピエゾポンプ室16内に収容したスプリング18により上方に付勢されて、ピエゾアクチュエータ14と一体に変位可能になっている。
【0022】
図1(b)のように、作動ピストン17は、上半部を摺動部とし、円錐状の下半部は、ドレーンポート21に続くスピル室22内に位置している。作動ピストン17の先端部は、細径のロッド部17aとなっており、このロッド部17aが、ドレーンポート21内に挿通されて弁室51内の弁体52に当接している。ドレーンポート21のスピル室22への接続端部(上端部)は、スピル室22へ向けてテーパ状に拡径するテーパ部21aとなっている。テーパ面の傾斜は、テーパ部21aにおいてドレーンポート21の通路面積が急拡大して、ドレーンポート21から噴出する流れの速度を落とし、噴流エネルギ−を低下させるように設定される。
【0023】
具体的には、図2(b)に示すように、ドレーンポート21の半径をr1 、作動ピストン17のロッド部17aの半径をr2 、ドレーンポート21の通路面積をA1 とし、ドレーンポート21のテーパ部21aの流れ方向の基端部(図の左端部)6cからの距離L1 を下記式(1)で定義した時、距離L1 における通路面積AL1と上記低圧ポートの通路面積A1 の比で表される通路面積の拡大率AL1/A1 が、下記式(2)を満足するようにする。
A1 =π・{(r1 )2 −(r2 )2 }=π・(L1 )2 ・・・(1)
AL1/A1 ≧2.5・・・(2)
【0024】
上記式(2)は、次のようにして導かれる。図2(a)に示すような円形広がり管では、一般に、広がり角度θが8°〜10°で、流れの壁面からの剥離が発生することが知られている。その損失ヘッドhは、下記式(3)で表され、
h∝ξ〔1−(A1 /A2 )〕2 ・・・(3)
損失ヘッドhを大きくするには、〔1−(A1 /A2 )〕2 または係数ξを大きくすればよい。〔1−(A1 /A2 )〕2 を大きくするには、通路面積比、すなわち入口側の通路面積A1 に対して出口側の通路面積A2 を設計可能な範囲で大きくすればよい。また、係数ξは、広がり角度θが60°以上でほぼ最大値となることが知られている。ここで、θ=60°の時の、距離L1 (=r1 、r2 =0)における通路面積拡大率AL1/A1 は、下記式(4)で表される。
AL1/A1 ={r1 (1+tan30°)/r1 }2 ≒2.5・・・(4)
【0025】
従って、通路面積拡大率AL1/A1 が2.5以上であれば、テーパ部21aにおける剥離、渦損失を大きくし、噴流エネルギーを低下させることができる。よって、これを上記図1(b)の構成に適用し、上記式(2)を満足するように、各部材の形状、すなわち、ドレーンポート21の半径r1 、ロッド部17aの半径r2 、テーパ部21aの傾斜等を決定すればよい。
【0026】
この時、図1(b)のように、テーパ部21aを経てスピル室22内に噴出する噴流6aは、基端部6cで方向を変えて斜め上方に向かい、低圧通路2から排出される。低圧通路2は、スピル室22内の噴流6aの流れ方向と略一致するようにスピル室22に接続するのがよい。これにより、噴流6aを速やかに排出して、スピル室22の圧力が上昇するのを抑制できる。なお、上記図4の従来の燃料噴射弁は通路面積比が一定であるので上記効果は望めない。
【0027】
上記構成の燃料噴射弁1の作動を説明する。燃料噴射の開始に当たり、ピエゾアクチュエータ14にドレーンポート21を開としかつ高圧ポート32を閉とするために十分な電圧を印加する。ピエゾアクチュエータ14は電圧に比例した変位を生じて、大径ピストン15を同じ変位量だけ下方に移動させ、ピエゾポンプ室16の油圧を上昇させる。このピエゾポンプ室16の油圧上昇により作動ピストン17が下降し、弁体52をドレーンシート53から押し下げてリフトさせ、高圧シート54に着座させる。この時、弁体52のリフトは、ピエゾアクチュエータ14の変位に対して大径ピストン15と作動ピストン17の受圧面積比に相当する分だけ拡大される。
【0028】
弁体52のリフトに伴ってドレーンポート21が開き、次いで高圧ポート32が閉じるために、弁室51の圧力が低下する。弁室51と連通する制御室4の圧力が低下し、ノズルニードル12に上向きに作用する燃料溜まり31の油圧力が、制御室4の油圧力およびスプリング41のバネ力に勝ると、ノズルニードル12がノズルシート13からリフトし、燃料の噴射が開始される。
【0029】
ここで、弁体52がドレーンポート21を開くと、弁室51内の燃料がドレーンポート21を経てスピル室22に噴出するが、ドレーンポート21の通路面積がテーパ部21aで急拡大するために、噴流6aの速度が低下すると同時に、噴流6aが壁面から剥離して、その周りに渦流6bが生じる。このため、作動ピストン17の動作を妨げる噴流6aのエネルギーが大きく低下し、作動ピストン17に作用する上向きの力が低減する。さらに、噴流6aは、テーパ部21aの傾斜に沿って斜め外方に向かい、低圧通路2から流出するが、低圧通路2の接続方向が噴流6aの流れ方向とほぼ一致しているので、噴流6aの排出が速やかになされる。このため、スピル室22の圧力が上昇が緩和され、スピル室22の圧力が、作動ピストン17に上向きに作用するのを抑制する。
【0030】
燃料噴射の停止に当たっては、ピエゾアクチュエータ14の電荷を放出させることによってその電圧をゼロにする。この間に、ピエゾアクチュエータ14は、電圧印加時の変位量だけ収縮して元の長さに戻り、大径ピストン15がスプリング18に付勢されて上昇する。これに伴い、ピエゾポンプ室16の油圧が低下し、作動ピストン17は、弁体52を高圧ポート32の高圧に逆らって高圧シート54に押し付ける力を失い、弁体52とともに上昇する。
【0031】
弁体52が再びドレーンシート53に着座し、そのリフト位置が初期状態に戻ると、高圧ポート32が開き、次いで、ドレーンポート21が閉じるために、弁室51および制御室4の圧力が回復する。制御室4の圧力が上昇し、ノズルニードル12に下向きに作用する力が、燃料溜まり31の油圧力に勝ると、ノズルニードル12が降下して再びノズルシート13に着座し、燃料噴射を停止する。
【0032】
以上のように、本実施の形態の構成では、燃料噴射時に、弁体52がドレーンポート21を開放し、さらに高圧ポート32の閉鎖位置を保持するために必要なピエゾアクチュエータ14の駆動エネルギーを小さくできるので、装置の小型化、コスト低減が可能である。
【0033】
図3(a)に、本発明の第2の実施の形態を示す。本実施の形態の基本構成は、上記第1の実施の形態とほぼ同様であり、ドレーンポート21の形状を変更する代わりに、スピル室22内に、遮断壁7を配設した点で異なっている。遮断壁7は、スピル室22を上下方向に区画するように設置され、遮断壁7より上方に位置する作動ピストン17の受圧面17bを保護している。ロッド部17aは、遮断壁7の中央に設けた貫通穴71内を通過して、ドレーンポート21に至っている。遮断壁7で仕切られたスピル室22の上部室および下部室は、それぞれ低圧通路23、24に連通している。
【0034】
なお、作動ピストン17の受圧面17bとは、ここでは、作動ピストン17の摺動部底面と該底面からロッド部17aへ縮径するテーパ面を示す。また、ロッド部17aと、遮断壁7中央の貫通穴71との間は、ロッド部17aの上下動を妨げず、噴流の侵入を阻止できる程度のクリアランスに設定される。
【0035】
上記構成において、弁体52がドレーンポート21を開くと、弁室51内の燃料がドレーンポート21を経てスピル室22に噴出するが、作動ピストンの受圧面17bを保護するように遮断壁7を配設したので、噴流6aは遮断壁7に衝突して流れ方向を変え、低圧通路24から排出される。このため、作動ピストン17に噴流6aが直接作用するのを防止できるので、ピエゾアクチュエータ14に要求される駆動エネルギーを小さくする同様の効果が得られ、装置の小型化、コスト低減が可能となる。
【0036】
なお、図3(b)のように、上記第1の実施の形態と第2の実施の形態の構成を組み合わせ、ドレーンポート21のスピル室22への接続端部をテーパ部21aとするとともに、スピル室22に遮断壁7を配設することももちろんできる。これにより、噴流エネルギーを低減するとともに、遮断壁7により作動ピストン17の受圧面17bを保護することができるので、作動ピストン17への上向きの作用力を低減し、ピエゾアクチュエータ14の駆動エネルギーを小さくする効果がより高くなる。
【0037】
上記実施の形態では、ピエゾアクチュエータを用いたが、これに限るものではなく、磁歪素子を用いた磁歪アクチュエータ等、同様に通電により変位を発生するアクチュエータであれば、いずれを用いてもよい。また、制御弁として3方弁を用いる必要はなく、2方弁等、他の方式でノズルニードルを開閉させる構成でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示し、(a)は燃料噴射弁の全体構成を示す断面図、(b)は要部拡大断面図である。
【図2】(a)、(b)はドレーンポートの接続端部の通路面積の設定方法を説明するための図である。
【図3】(a)は第2の実施の形態における燃料噴射弁の要部拡大断面図、(b)は第1、2の実施の形態の構成を組み合わせた燃料噴射弁の要部拡大断面図である。
【図4】従来の燃料噴射弁の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
H ハウジング
B バルブボディ
1 燃料噴射弁
11 噴孔
12 ノズルニードル
13 ノズルシート
14 ピエゾアクチュエータ(アクチュエータ)
15 大径ピストン(ピストン部材)
16 ピエゾポンプ室(ポンプ室)
17 作動ピストン
2 ドレーン通路(低圧通路)
21 ドレーンポート
22 スピル室
3 高圧通路
31 燃料溜まり
32 高圧ポート
4 制御室
5 3方弁(制御弁)
51 弁室
52 弁体
53 ドレーンシート
54 高圧シート
6a 噴流
7 遮断壁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection valve for an internal combustion engine that controls fuel injection by operating a control valve using an actuator.
[0002]
[Prior art]
One common fuel injection system for internal combustion engines is a common rail fuel injection system that uses a common rail (accumulation chamber) common to each cylinder. In a common rail fuel injection system, high pressure fuel pumped from a high pressure pump is accumulated in a common rail, and fuel is injected by driving a fuel injection valve corresponding to each cylinder at a predetermined injection timing. The fuel injection valve is configured to open and close the nozzle hole, for example, by controlling the back pressure of the nozzle needle with a hydraulic control valve. In particular, the fuel injection valve has recently been driven by a piezo actuator with good response. Have been proposed (for example, JP-A-2001-41125).
[0003]
Such a fuel injection valve includes a pump chamber whose pressure increases and decreases as the piezo actuator expands and contracts, and an operating piston that slides in the cylinder in response to the pressure. The operating piston increases and decreases the back pressure of the nozzle needle. The control valve is driven. The control valve selectively closes one of the high-pressure port communicating with the common rail and the low-pressure port communicating with the drain passage so that the pressure in the back pressure chamber that applies the valve closing force to the nozzle needle is high or low. That is, when the low pressure port is opened and the high pressure port is closed, the pressure in the back pressure chamber is reduced and fuel is injected. When the injection is stopped, if the high pressure port is opened and the low pressure port is closed, the pressure in the back pressure chamber rises, the nozzle needle descends, and the injection hole is closed.
[0004]
As shown in FIG. 4, the control valve includes, for example, a
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, at the same time as the working
[0006]
It is an object of the present invention to reduce the required drive energy of an actuator that drives an operating piston in a fuel injection valve configured to open and close the control valve with the operating piston, thereby enabling downsizing and cost reduction of the driving device. is there.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel injection valve comprising: an operating piston driven by an actuator; a control chamber that applies hydraulic pressure to a nozzle needle; and a control valve that increases or decreases the pressure in the control chamber. The nozzle needle is raised and lowered as the valve body is driven to open and close. The control valve houses the valve body in a valve chamber having a high pressure port communicating with the high pressure passage and a low pressure port communicating with the low pressure passage, and the valve body opens the low pressure port when energy is supplied to the actuator. The high pressure port is opened and closed, and when the energy is released, the high pressure port is opened and the low pressure port is closed. Then, the working piston, accommodated in the low pressure spill chamber continuous to said low pressure port, the connection end between the spill chamber, as the passage area of the low pressure port to expand toward the spill chamber side Forming the working piston and the low pressure port.
Specifically, the connection end of the low-pressure port to the spill chamber is a taper that expands in a tapered shape toward the spill chamber, and the tip of the working piston inserted into the low-pressure port is When the rod portion has a small diameter, the passage area can be easily enlarged.
[0008]
According to the above arrangement, since the passage area in the connection portion of the low pressure port and the spill chamber is expanded, and at the same time slow down the jet for jetting to said spill chamber, peeling, by generating eddy losses, jet energy Can be reduced .
[0010]
At this time , the radius of the low pressure port is r 1 , the radius of the rod portion of the working piston is r 2 , the passage area of the low pressure port is A 1, and the distance L from the proximal end portion in the flow direction of the taper portion. 1 is defined by equation (1).
A 1 = π · {(r 1 ) 2 − (r 2 ) 2 } = π · (L 1 ) 2 (1)
A L1 / A 1 ≧ 2.5 (2)
The enlargement ratio A L1 / A 1 of the passage area represented by the ratio of the passage area A 1 of the passage area A L1 and the low pressure port in the distance L 1 is, when formed so as to satisfy equation (2), The effect of reducing the energy of the jet ejected from the low-pressure passage is high. Therefore, the acting force on the operating piston can be reduced, and the energy required for the valve element to open the low pressure port is reduced. Miniaturization and cost reduction are possible.
[0011]
As
[0012]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel injection valve provided with a control valve having a similar configuration, wherein the operating piston is housed in a low-pressure spill chamber continuous with the low-pressure port. A blocking wall is formed in the chamber for blocking between the flow jetted from the low pressure port to the spill chamber and the pressure receiving surface of the working piston. The blocking wall is fixed to a housing that forms the spill chamber, and is provided separately from the operating piston.
[0013]
By providing the blocking wall, it is possible to prevent the jet flow ejected from the low pressure passage from directly acting on the pressure receiving surface of the working piston. Therefore, since the energy required to drive the operating piston to open the low pressure port and maintain its position is reduced, the required drive energy of the actuator can be reduced, and the device can be reduced in size and weight. The same effect can be obtained for cost reduction.
[0014]
As in claim 4, the piston member having a larger diameter than the working piston which is driven by the actuator, the increase or decrease the hydraulic providing a pump chamber for driving the working piston by the displacement of the piston member, the actuator Therefore, a more compact and highly efficient fuel injection valve can be obtained.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A is a diagram showing an overall configuration of a fuel injection valve 1 to which the present invention is applied. For example, the fuel injection valve 1 is suitably used in a common rail injection system of a diesel engine. The fuel injection valve 1 starts and stops fuel injection by opening and closing a
[0016]
The high-pressure passage 3 extends upward from the
[0017]
The hydraulic pressure in the control chamber 4 is controlled by a three-
[0018]
Therefore, when the
[0019]
The control chamber 4 is always in communication with the high-pressure passage 3 without the three-
[0020]
Here, the top surface of the
[0021]
A
[0022]
As shown in FIG. 1B, the working
[0023]
Specifically, as shown in FIG. 2B, the
A 1 = π · {(r 1 ) 2 − (r 2 ) 2 } = π · (L 1 ) 2 (1)
A L1 / A 1 ≧ 2.5 (2)
[0024]
The above equation (2) is derived as follows. In a circular spreading tube as shown in FIG. 2 (a), it is generally known that the spreading angle θ is 8 ° to 10 °, and separation of the flow from the wall surface occurs. The loss head h is represented by the following formula (3):
h∝ξ [1- (A 1 / A 2 )] 2 (3)
In order to increase the loss head h, [1- (A 1 / A 2 )] 2 or the coefficient ξ may be increased. In order to increase [1− (A 1 / A 2 )] 2 , the passage area ratio, that is, the passage area A 2 on the outlet side may be increased within a designable range with respect to the passage area A 1 on the inlet side. . Further, it is known that the coefficient ξ has a substantially maximum value when the spread angle θ is 60 ° or more. Here, the passage area expansion rate A L1 / A 1 at the distance L 1 (= r 1 , r 2 = 0) when θ = 60 ° is expressed by the following formula (4).
A L1 / A 1 = {r 1 (1 + tan 30 °) / r 1 } 2 ≈2.5 (4)
[0025]
Therefore, if the passage area enlargement ratio A L1 / A 1 is 2.5 or more, peeling and vortex loss in the tapered
[0026]
At this time, as shown in FIG. 1B, the
[0027]
The operation of the fuel injection valve 1 having the above configuration will be described. At the start of fuel injection, a voltage sufficient to open the
[0028]
As the
[0029]
Here, when the
[0030]
When stopping the fuel injection, the voltage of the
[0031]
When the
[0032]
As described above, in the configuration of the present embodiment, during the fuel injection, the
[0033]
FIG. 3A shows a second embodiment of the present invention. The basic configuration of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and is different in that a blocking
[0034]
Here, the
[0035]
In the above configuration, when the
[0036]
In addition, as shown in FIG. 3B, the configuration of the first embodiment and the second embodiment is combined, and the connection end of the
[0037]
In the above embodiment, the piezoelectric actuator is used. However, the present invention is not limited to this, and any actuator may be used as long as the actuator generates a displacement by energization, such as a magnetostrictive actuator using a magnetostrictive element. Further, it is not necessary to use a three-way valve as the control valve, and a configuration in which the nozzle needle is opened and closed by another method such as a two-way valve may be used.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a cross-sectional view showing an overall configuration of a fuel injection valve, and FIG.
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining a method of setting a passage area at a connection end of a drain port. FIGS.
3A is an enlarged cross-sectional view of the main part of the fuel injection valve in the second embodiment, and FIG. 3B is an enlarged cross-sectional view of the main part of the fuel injection valve in which the configurations of the first and second embodiments are combined. FIG.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a conventional fuel injection valve.
[Explanation of symbols]
H Housing B Valve body 1
15 Large diameter piston (piston member)
16 Piezo pump room (pump room)
17
21
51
Claims (4)
A 1 =π・{(r 1 ) 2 −(r 2 ) 2 }=π・(L 1 ) 2 ・・・(1)
A L1 /A 1 ≧2.5・・・(2)
上記距離L 1 における通路面積A L1 と上記低圧ポートの通路面積A 1 の比で表される通路面積の拡大率A L1 /A 1 が、上記式(2)を満足することを特徴とする燃料噴射弁。An operating piston driven by an actuator, a control chamber that applies hydraulic pressure to the nozzle needle, and a control valve that increases and decreases the pressure in the control chamber are provided, and the operating piston opens and closes the valve body of the control valve. A fuel injection valve for raising and lowering the nozzle needle, wherein the valve body of the control valve is housed in a valve chamber provided with a high-pressure port communicating with a high-pressure passage and a low-pressure port communicating with a low-pressure passage. The valve body opens the low pressure port to close the high pressure port, and when the energy is released, the valve body opens and closes the low pressure port, and the operating piston is connected to the low pressure port. accommodated in the low pressure spill chamber for continuous, the connection end portion to said spill chamber of the low pressure port, toward the spill chamber side tape A tapered portion for diameter expansion to Jo, the distal end of the working piston to be inserted into the low-pressure port as a rod of small diameter, the radius of the low pressure port r 1, the radius of the rod portion of the hydraulic piston r 2. When the passage area of the low-pressure port is A 1 and the distance L 1 from the base end in the flow direction of the tapered portion is defined by the following formula (1),
A 1 = π · {(r 1 ) 2 − (r 2 ) 2 } = π · (L 1 ) 2 (1)
A L1 / A 1 ≧ 2.5 (2)
Magnification A L1 / A 1 of the passage area represented by the ratio of the passage area A 1 of the passage area A L1 and the low pressure port in the distance L 1 is, fuel and satisfies above formula (2) Injection valve.
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