JP3885804B2 - FUEL INJECTION VALVE HAVING EXPANSION DIFFERENTIAL ABSORPTION MECHANISM AND ITS MANUFACTURING METHOD - Google Patents

FUEL INJECTION VALVE HAVING EXPANSION DIFFERENTIAL ABSORPTION MECHANISM AND ITS MANUFACTURING METHOD Download PDF

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Description

本発明は、部品間の熱膨張差を吸収する膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a fuel injection valve provided with an expansion difference absorbing mechanism for absorbing a difference in thermal expansion between components, and a method for manufacturing the same.

比較的長尺の部材を備えた機構においては、各部材の熱膨張係数(材質)の違い及び各部材の温度の違いによって、各部材間に大きな熱膨張差が生じ、所望の作動が得られないケースが生じ得る。このような長尺部材を備えた機構として、エンジンのシリンダヘッド等に装着される燃料噴射弁が挙げられる。   In a mechanism having a relatively long member, a difference in thermal expansion coefficient (material) of each member and a difference in temperature of each member cause a large difference in thermal expansion between the members, and a desired operation can be obtained. There may be no cases. As a mechanism including such a long member, a fuel injection valve mounted on an engine cylinder head or the like can be cited.

例えば、図5に示すように、本発明者等が開発中の気体燃料用の燃料噴射弁100は、比較的長尺のバレル101内にスライド可能に収容されたシリンダ102と、シリンダ102内を上室103と下室104とに仕切るピストン105と、上室103及び下室104内にそれぞれに充満された粘性流体(ドットで表す)と、シリンダ102をスライドさせるアクチュエータ106と、ピストン105に連結されたニードル弁107とを備え、アクチュエータ106によってシリンダ102を上昇させることで、下室104内の粘性流体を介してピストン105を上昇させ、ピストン105に連結されたニードル弁107をリフトさせ、バレル101の先端(下端)に形成された噴射孔108を開放するものである。 For example, as shown in FIG. 5, a fuel injection valve 100 for gaseous fuel under development by the present inventors includes a cylinder 102 slidably accommodated in a relatively long barrel 101, and a cylinder 102. Connected to the piston 105, which is divided into the upper chamber 103 and the lower chamber 104, the viscous fluid (represented by dots) filled in the upper chamber 103 and the lower chamber 104, the actuator 106 for sliding the cylinder 102, and the piston 105 The needle valve 107 is lifted by the actuator 106, the piston 105 is lifted via the viscous fluid in the lower chamber 104 , and the needle valve 107 connected to the piston 105 is lifted. An injection hole 108 formed at the tip (lower end) of 101 is opened.

詳しくは、上記シリンダ102は、バレル101内に上下方向に摺動可能に収容されており、有底筒体状のシリンダ本体102aと、その上部を螺合して覆うシリンダキャップ102bとから構成される。シリンダ102内には、バレル101に対するシリンダ102の摺動方向と同方向(上下方向)に摺動可能にピストン105が収容されており、ピストン105によって仕切られた上室103及び下室104内に非圧縮性の粘性流体が充満されている。粘性流体は図示しない注入通路を介して充満され、上室103及び下室104内は完全に脱気されている。粘性流体の注入通路は粘性流体を注入した後に栓で塞がれる。   Specifically, the cylinder 102 is accommodated in the barrel 101 so as to be slidable in the vertical direction, and includes a cylinder body 102a having a bottomed cylindrical shape and a cylinder cap 102b that covers the upper portion by screwing. The A piston 105 is accommodated in the cylinder 102 so as to be slidable in the same direction (vertical direction) as the sliding direction of the cylinder 102 with respect to the barrel 101. The upper chamber 103 and the lower chamber 104 partitioned by the piston 105 are accommodated in the cylinder 102. Filled with incompressible viscous fluid. The viscous fluid is filled via an injection passage (not shown), and the upper chamber 103 and the lower chamber 104 are completely deaerated. The viscous fluid injection passage is closed with a stopper after the viscous fluid is injected.

ピストン105の下面にはニードル弁107が連結されており、このニードル弁107は、シリンダ本体102aの底壁に設けられた貫通穴109を貫通して下方に延び、その下端がバレル101の先端内部に形成されたシート部110に当接されている。上記貫通穴109には、貫通穴109とニードル弁107との間を液密にシールするシール部材111(Oリング)が設けられている。また、シート部110には、バレル101の上端に設けられた燃料供給口122からバレル101内に供給された燃料が、各部材間を通って流れ込むようになっている。   A needle valve 107 is connected to the lower surface of the piston 105, and this needle valve 107 extends downward through a through hole 109 provided in the bottom wall of the cylinder body 102 a, and its lower end is inside the tip of the barrel 101. The sheet portion 110 is formed in contact with the sheet portion 110. The through hole 109 is provided with a seal member 111 (O-ring) that seals between the through hole 109 and the needle valve 107 in a liquid-tight manner. Further, the fuel supplied into the barrel 101 from the fuel supply port 122 provided at the upper end of the barrel 101 flows into the seat portion 110 through each member.

ピストン105の上面にはロッド112が設けられており、このロッド112は、シリンダキャップ102aに形成した貫通穴113に摺動可能に挿入され、中間部材114を介して皿バネ115によって下方に付勢されている。上記貫通穴113には、貫通穴113とロッド112との間を液密にシールするシール部材116(Oリング)が設けられている。ニードル弁107が皿バネ115によって下方に付勢されることで、ニードル弁107の下端部がシート部110に所定の力で着座され、噴射孔108が閉じられる。   A rod 112 is provided on the upper surface of the piston 105. The rod 112 is slidably inserted into a through hole 113 formed in the cylinder cap 102a, and is urged downward by a disc spring 115 via an intermediate member 114. Has been. The through hole 113 is provided with a seal member 116 (O-ring) for liquid-tight sealing between the through hole 113 and the rod 112. When the needle valve 107 is urged downward by the disc spring 115, the lower end portion of the needle valve 107 is seated on the seat portion 110 with a predetermined force, and the injection hole 108 is closed.

アクチュエータ106は、ニードル弁107の外方に配置された磁歪素子106aと、磁歪素子106aの外方に配置されたコイル106bとを有する。磁歪素子106aは、その上端がシート117を介してシリンダ本体102aの下面に当接し、下端がシート118を介してバレル101内の段差面部119に当接している。また、シリンダ102の上方には、シリンダ102を下方に付勢し、シリンダ102をシート117を介して磁歪素子106aに押し付ける皿バネ120が配置されている。皿バネ120の付勢力は、皿バネ115の付勢力よりも大きい。   The actuator 106 includes a magnetostrictive element 106a disposed outside the needle valve 107, and a coil 106b disposed outside the magnetostrictive element 106a. The magnetostrictive element 106 a has an upper end in contact with the lower surface of the cylinder body 102 a via the seat 117, and a lower end in contact with the step surface portion 119 in the barrel 101 via the seat 118. Further, a disc spring 120 is disposed above the cylinder 102 to urge the cylinder 102 downward and press the cylinder 102 against the magnetostrictive element 106a via the seat 117. The biasing force of the disc spring 120 is larger than the biasing force of the disc spring 115.

バレル101に設けた外部端子121からコイル106bに通電が行われない場合、皿バネ115によりニードル弁107が下方に付勢されているため、ニードル弁107の下端部がシート部110に所定圧力で押し付けられ噴射孔108を閉じる。従って、燃料は噴射孔108まで到達せず、燃料噴射は行われない。   When the coil 106 b is not energized from the external terminal 121 provided on the barrel 101, the needle valve 107 is biased downward by the disc spring 115, so that the lower end portion of the needle valve 107 is applied to the seat portion 110 at a predetermined pressure. It is pressed and the injection hole 108 is closed. Therefore, the fuel does not reach the injection hole 108 and fuel injection is not performed.

外部端子121に所定の電力を供給すると、コイル106bが磁化してその磁力(磁場)に応じて磁歪素子106aが伸長する。このとき、磁歪素子106aの下端がシート118を介して段差面部119と当接しているため、磁歪素子106aはシリンダ102を皿バネ120の付勢力に対抗して上方に押し上げるように伸長する。シリンダ102が押し上げられると、下室104内の粘性流体を介してピストン105が持ち上げられ、ピストン105に連結されたニードル弁107がリフトして噴射孔108が開放され、燃料噴射が行われる。   When a predetermined power is supplied to the external terminal 121, the coil 106b is magnetized, and the magnetostrictive element 106a expands according to the magnetic force (magnetic field). At this time, since the lower end of the magnetostrictive element 106 a is in contact with the stepped surface portion 119 via the sheet 118, the magnetostrictive element 106 a extends so as to push up the cylinder 102 against the urging force of the disc spring 120. When the cylinder 102 is pushed up, the piston 105 is lifted via the viscous fluid in the lower chamber 104, the needle valve 107 connected to the piston 105 is lifted, the injection hole 108 is opened, and fuel injection is performed.

このような燃料噴射弁100は例えば特許文献1にも開示されている。   Such a fuel injection valve 100 is also disclosed in Patent Document 1, for example.

上記燃料噴射弁100では、ニードル弁107に必要とされる最大リフト量を確保するために、磁歪素子106aの長さ(上下方向寸法)をある程度長くする必要がある。その結果、磁歪素子106aの寸法に合わせてバレル101、ニードル弁107等の寸法も長くする必要がある。   In the fuel injection valve 100, in order to secure the maximum lift amount required for the needle valve 107, it is necessary to lengthen the length (vertical dimension) of the magnetostrictive element 106a to some extent. As a result, it is necessary to lengthen the dimensions of the barrel 101, the needle valve 107 and the like in accordance with the dimensions of the magnetostrictive element 106a.

上述したように、長尺の部材を備えた機構では、各部材間の熱膨張差(熱膨張又は熱収縮により生じる寸法変化の差)が問題となる。特に、燃料噴射弁100では、ニードル弁107のリフト量、即ちアクチュエータ106の変位量(磁歪素子106aの伸長量)等が比較的小さい(数十μm)ので、僅かな熱膨張差が作動に影響を与えてしまうおそれがある。   As described above, in a mechanism including a long member, a difference in thermal expansion (difference in dimensional change caused by thermal expansion or contraction) between the members becomes a problem. In particular, in the fuel injection valve 100, the lift amount of the needle valve 107, that is, the displacement amount of the actuator 106 (the extension amount of the magnetostrictive element 106a) and the like are relatively small (several tens of μm). There is a risk of giving.

そこで、図5に示した燃料噴射弁100では、各部材間の熱膨張差が生じたときに、粘性流体がシリンダ102の内面とピストン105の外面との間の僅かな隙間(クリアランス)を通って上室103と下室104との間を移動できるようにしている。   Therefore, in the fuel injection valve 100 shown in FIG. 5, when a difference in thermal expansion occurs between the members, the viscous fluid passes through a slight gap (clearance) between the inner surface of the cylinder 102 and the outer surface of the piston 105. It is possible to move between the upper chamber 103 and the lower chamber 104.

例えば、ニードル弁107の熱膨張よりも磁歪素子106aの熱膨張の方が大きい場合、非常に遅い速度でシリンダ102が上昇し、下室103内における粘性流体の圧力上昇速度が極めて小さい。このとき下室104内の粘性流体は、シリンダ102とピストン105とのクリアランスを通って上室103へ移動する。これにより、シリンダ102がピストン105に対して上方に相対移動し、ニードル弁107と磁歪素子106aとの熱膨張差が吸収される。この結果、ピストン105及びニードル弁107の位置は不変となり、作動に影響を与えることはない。   For example, when the thermal expansion of the magnetostrictive element 106 a is larger than the thermal expansion of the needle valve 107, the cylinder 102 rises at a very slow speed, and the pressure rise speed of the viscous fluid in the lower chamber 103 is extremely small. At this time, the viscous fluid in the lower chamber 104 moves to the upper chamber 103 through the clearance between the cylinder 102 and the piston 105. As a result, the cylinder 102 moves relative to the piston 105 upward, and the thermal expansion difference between the needle valve 107 and the magnetostrictive element 106a is absorbed. As a result, the positions of the piston 105 and the needle valve 107 are not changed and do not affect the operation.

他方、噴射孔108から燃料噴射を行うべく、磁歪素子106aを伸長させてシリンダ102を上方にリフトさせるときには、上記速度より遙かに速い速度でシリンダ102が上昇されるため、下室103内における粘性流体の圧力上昇速度は上述した熱膨張時の圧力上昇速度よりも大幅に大きくなる。このとき下室104内の粘性流体は固体として機能し、シリンダ102とピストン105とのクリアランスを通って上室103へ移動することはなく、ピストン105及びニードル弁107がシリンダ102と一体的にリフトして燃料噴射がなされる。   On the other hand, when the magnetostrictive element 106a is extended and the cylinder 102 is lifted upward in order to inject fuel from the injection hole 108, the cylinder 102 is raised at a speed much faster than the above speed. The pressure increase rate of the viscous fluid is significantly larger than the pressure increase rate during the thermal expansion described above. At this time, the viscous fluid in the lower chamber 104 functions as a solid, does not move to the upper chamber 103 through the clearance between the cylinder 102 and the piston 105, and the piston 105 and the needle valve 107 lift together with the cylinder 102. The fuel is then injected.

特表2003−512555号公報Special table 2003-512555 gazette

ところで、上記燃料噴射弁100においては、シリンダ102内の上室103及び下室104のトータルの容積は、ピストン105が移動したとしても一定である。よって、粘性流体がシリンダ102以上に熱膨張した場合、シリンダ102内の粘性流体の圧力が上昇し、シール部材111、116が外れる・欠ける等して粘性流体が上室103、下室104内から流出するという問題や、粘性流体を注入するための注入通路を塞ぐ栓が外れて粘性流体が流出するという問題が生じる。   Incidentally, in the fuel injection valve 100, the total volume of the upper chamber 103 and the lower chamber 104 in the cylinder 102 is constant even if the piston 105 moves. Therefore, when the viscous fluid thermally expands to more than the cylinder 102, the pressure of the viscous fluid in the cylinder 102 increases, and the sealing members 111 and 116 are detached or chipped, so that the viscous fluid flows from the upper chamber 103 and the lower chamber 104. The problem of flowing out and the problem that the viscous fluid flows out due to the removal of the plug that closes the injection passage for injecting the viscous fluid occur.

この点、詳述すると、粘性流体の熱膨張による容積変化と、シリンダ102の熱膨張による上室103及び下室104のトータルの容積変化とは、実際には二桁近く異なる。このため、燃料噴射弁100の全体がシリンダヘッド等から受ける熱によって高温となって粘性流体及びシリンダ102の温度が例えば略同温度に上昇した場合、粘性流体が大きく熱膨張するのに対して、シリンダ102はそれ程熱膨張しないため上室103及び下室104のトータルの容積はそれ程大きくならず、基本的に非圧縮性である粘性流体は上室103及び下室104内において逃げ場を探す。   More specifically, the volume change due to the thermal expansion of the viscous fluid and the total volume change of the upper chamber 103 and the lower chamber 104 due to the thermal expansion of the cylinder 102 actually differ by almost two orders of magnitude. For this reason, when the temperature of the viscous fluid and the cylinder 102 rises to substantially the same temperature, for example, when the temperature of the viscous fluid and the cylinder 102 rises to substantially the same temperature due to the heat received from the cylinder head or the like as a whole, Since the cylinder 102 does not expand so much, the total volume of the upper chamber 103 and the lower chamber 104 does not increase so much, and the viscous fluid which is basically incompressible looks for a escape place in the upper chamber 103 and the lower chamber 104.

ここで、上室103及び下室104内は完全に脱気されているため、シリンダ102の内圧が上昇し、膨張した粘性流体が、上室103及び下室104内を密閉空間として形成する上で比較的弱い部分である上記シール部材111、116や注入通路を塞ぐ栓等を破損させ、溢れてしまう。なお、上室103及び下室104内を完全脱気する理由は、仮に上室103及び下室104内に気泡が存在すると、磁歪素子106aを伸長させてシリンダ102を上昇させたとき、気泡が圧縮されてピストン105がシリンダ102と一体的に上昇せず、ニードル弁107のリフトが遅れ又は困難となるからである。   Here, since the inside of the upper chamber 103 and the lower chamber 104 is completely deaerated, the internal pressure of the cylinder 102 rises, and the expanded viscous fluid forms the inside of the upper chamber 103 and the lower chamber 104 as a sealed space. The seal members 111 and 116, which are relatively weak parts, and plugs that block the injection passage are damaged and overflow. The reason why the upper chamber 103 and the lower chamber 104 are completely evacuated is that, if bubbles exist in the upper chamber 103 and the lower chamber 104, the bubbles are generated when the magnetostrictive element 106a is extended to raise the cylinder 102. This is because the piston 105 is compressed and does not rise integrally with the cylinder 102, and the lift of the needle valve 107 is delayed or difficult.

このような粘性流体の熱膨張による溢流を防止する対策として、粘性流体とシリンダ102とに熱膨張係数が略同一のものを採用することが考えられるが、このようなものは実際上ほとんど存在しない。実際上、粘性流体及びシリンダ102として用いられる物質・材質では、粘性流体とシリンダ102との間には、まず一桁は熱膨張差が存在する。   As a countermeasure for preventing overflow of such viscous fluid due to thermal expansion, it is conceivable to employ a viscous fluid and a cylinder 102 having substantially the same thermal expansion coefficient. do not do. In fact, in the viscous fluid and the substance / material used as the cylinder 102, there is firstly a thermal expansion difference between the viscous fluid and the cylinder 102 by one digit.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、粘性流体が熱膨張したときにおける室内からの溢流を防止できる熱膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁及びその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a fuel injection valve having a thermal expansion difference absorption mechanism capable of preventing overflow from the room when a viscous fluid is thermally expanded and a method for manufacturing the same. is there.

上記目的を達成するために請求項1に係る発明は、バレル内に上下スライド可能に収容されたシリンダと、該シリンダ内を上室と下室とに仕切るピストンと、上記上室及び下室にそれぞれに充満された粘性流体と、上記シリンダを上方にスライドさせるアクチュエータと、上記ピストンの下部に連結されたニードル弁とを有し、上記アクチュエータによって上記シリンダを上方にスライドさせることで、上記粘性流体及びピストンを介して上記ニードル弁をリフトさせる膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁であって、上記アクチュエータによって上記シリンダを上方にスライドさせたときに内圧が上昇する上記下室に、第1絞り部を介して上記上室を連通すると共に、その上室に、第2絞り部を介して気室を連通し、上記第1絞り部の流路抵抗は、上記シリンダを上記アクチュエータによって上方にスライドさせたときに上記下室内に生じる圧力上昇速度では上記粘性流体が上記第1絞り部を通過せず、上記ニードル弁と上記アクチュエータとの熱膨張差によって上記下室及び上室内に生じる、上記速度よりも遅い圧力上昇速度では膨張した粘性流体が上記第1絞り部を通過するように設定され、上記粘性流体が熱膨張したとき、その粘性流体を上記第2絞り部を介して上記気室に吸収するようにしたものである。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a cylinder accommodated in a barrel so as to be vertically slidable, a piston for partitioning the inside of the cylinder into an upper chamber and a lower chamber, and the upper chamber and the lower chamber. Each of the viscous fluids filled with each other, an actuator for sliding the cylinder upward, and a needle valve connected to the lower part of the piston, and the cylinder is slid upward by the actuator, And a fuel injection valve having an expansion difference absorbing mechanism that lifts the needle valve via a piston , wherein the first throttle is placed in the lower chamber where the internal pressure rises when the cylinder is slid upward by the actuator. communicated with the upper chamber through the parts, to the upper chamber, it communicates the air chamber via a second throttle section, Nagarero抵of the first throttle portion Is the pressure rise rate resulting in the cylinder to the lower chamber when the slide upward by the actuator without passing through the viscous fluid in the first throttle portion, the thermal expansion difference between the needle valve and the actuator resulting in the lower chamber and the upper chamber by the slow pressure increase speed than the speed set as expanded viscous fluid passes through the first throttle portion, when the viscous fluid thermally expands, the viscous fluid Is absorbed into the air chamber via the second restrictor.

請求項2に係る発明は、上記第1絞り部の流路抵抗は、上記第2絞り部の流路抵抗よりも小さく設定されたものである。 According to a second aspect of the present invention, the flow path resistance of the first throttle part is set smaller than the flow path resistance of the second throttle part.

請求項3に係る発明は、上記第1絞り部が、上記ピストンの内部に設けられ、上記第2絞り部が、上記シリンダの肉厚内又は上記ピストンの内部に設けられ、上記気室が、上記シリンダの肉厚内又は上記ピストンの内部に設けられたものである。 According to a third aspect of the present invention, the first throttle portion is provided in the piston, the second throttle portion is provided in the thickness of the cylinder or in the piston, and the air chamber is It is provided within the wall thickness of the cylinder or inside the piston.

請求項4に係る発明は、上記第1絞り部が、上記ピストンの内部に設けられ、上記第2絞り部が、上記シリンダの肉厚内又は上記ピストンの内部に設けられ、上記シリンダ又は上記ピストンに、上記第2絞り部に連通するネジ穴が形成され、該ネジ穴にねじ込まれたプラグの内部に、上記気室が形成されたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, the first throttle portion is provided in the piston, and the second throttle portion is provided in the thickness of the cylinder or in the piston, and the cylinder or the piston Further, a screw hole communicating with the second throttle portion is formed, and the air chamber is formed inside a plug screwed into the screw hole .

請求項5に係る発明は、上記第1絞り部が、上記ピストンの内部に設けられ、上記シリンダが、有底円筒状のシリンダ本体と該シリンダ本体の上端に螺合されたシリンダキャップとから構成され、該シリンダキャップに、上記第2絞り部が形成されると共に、上記シリンダキャップの上面から下方に伸びて上記第2絞り部に連通するネジ穴が形成され、該ネジ穴にねじ込まれたプラグの内部に、上記気室が形成されたものである。 According to a fifth aspect of the present invention, the first throttle portion is provided in the piston, and the cylinder includes a bottomed cylindrical cylinder body and a cylinder cap screwed to the upper end of the cylinder body. The cylinder cap is formed with the second throttle portion, a screw hole extending downward from the upper surface of the cylinder cap and communicating with the second throttle portion is formed, and the plug screwed into the screw hole The air chamber is formed in the interior of the chamber .

請求項6に係る発明に係る膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁の製造方法は、上記シリンダ本体を鉛直に配置し、該シリンダ本体内の上記上室及び下室内に粘性流体を満たし、上記シリンダ本体の上端に、上記ネジ穴に上記プラグが取り付けられていない上記シリンダキャップを上記粘性流体を溢れさせながら螺合させ、そのシリンダキャップに形成された上記ネジ穴に上記プラグを螺合させるようにしたものである。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a fuel injection valve including an expansion difference absorbing mechanism , wherein the cylinder body is arranged vertically, the upper chamber and the lower chamber in the cylinder body are filled with a viscous fluid, The cylinder cap, in which the plug is not attached to the screw hole, is screwed into the upper end of the cylinder body while the viscous fluid overflows, and the plug is screwed into the screw hole formed in the cylinder cap. It is a thing.

本発明によれば、粘性流体が熱膨張したときにおける室内からの溢流を防止できるという優れた効果を発揮できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the outstanding effect that the overflow from a room | chamber interior when a viscous fluid thermally expands can be exhibited.

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

本実施形態は、圧縮天然ガス(CNG)、プロパンガス又は水素等の気体燃料をエンジンの燃焼室内に噴射するための燃料噴射弁に本発明の膨張差吸収機構を適用したものである。   In this embodiment, the expansion difference absorption mechanism of the present invention is applied to a fuel injection valve for injecting gaseous fuel such as compressed natural gas (CNG), propane gas, or hydrogen into a combustion chamber of an engine.

図1は本実施形態の膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁の断面図であり、図2は図1の部分拡大図である。   FIG. 1 is a sectional view of a fuel injection valve provided with an expansion difference absorbing mechanism of the present embodiment, and FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG.

図1に示すように、本実施形態の燃料噴射弁1は、比較的長尺のバレル(ケーシング)2内に移動可能に収容されたシリンダ(チャンバ)3と、そのシリンダ3内に移動可能に収容され、シリンダ3内を上室5と下室6とに区画するピストン7と、上室5及び下室6内に充填された非圧縮性の粘性流体と、シリンダ3を上昇(移動)させるためのアクチュエータ9と、ピストン7に連結されたニードル弁10とを備え、アクチュエータ9によりシリンダ3を上昇させることで下室6内の粘性流体とピストン7とを介してニードル弁10を上昇(リフト)させ、バレル2の先端(下端)に形成された噴射孔(オリフィス)11を開放して燃料を噴射するものである。   As shown in FIG. 1, the fuel injection valve 1 according to this embodiment includes a cylinder (chamber) 3 movably accommodated in a relatively long barrel (casing) 2, and is movable in the cylinder 3. The piston 7 that is housed and divides the inside of the cylinder 3 into an upper chamber 5 and a lower chamber 6, an incompressible viscous fluid filled in the upper chamber 5 and the lower chamber 6, and the cylinder 3 is raised (moved). And a needle valve 10 connected to the piston 7. The cylinder 9 is lifted by the actuator 9 to lift (lift) the needle valve 10 through the viscous fluid in the lower chamber 6 and the piston 7. And the injection hole (orifice) 11 formed at the tip (lower end) of the barrel 2 is opened to inject fuel.

バレル2は、図示しないエンジンのシリンダヘッドに略鉛直に配置されるものであり、バレル本体2aと、バレル本体2aの下端にロックナット12を介して一体的に取り付けられたチップ2bと、バレル本体2aの上端に螺合されたキャップ2cとを備える。チップ2bの下端には燃料の噴射孔11が放射状に複数形成され、キャップ2cには燃料をバレル本体2a内に導入するための燃料導入口13が形成される。   The barrel 2 is disposed substantially vertically on a cylinder head of an engine (not shown), a barrel body 2a, a tip 2b integrally attached to the lower end of the barrel body 2a via a lock nut 12, and a barrel body. And a cap 2c screwed to the upper end of 2a. A plurality of fuel injection holes 11 are formed radially at the lower end of the tip 2b, and a fuel introduction port 13 for introducing fuel into the barrel body 2a is formed in the cap 2c.

バレル本体2a内には、シリンダ3が長手方向(上下方向)に摺動可能に保持されている。シリンダ3は有底円筒状のシリンダ本体3aと、シリンダ本体3aの上端に螺合されたシリンダキャップ3bとで構成される。シリンダ本体3aとシリンダキャップ3bとの間はシール部材33(ここではOリング)により液密にシールされる。   A cylinder 3 is held in the barrel body 2a so as to be slidable in the longitudinal direction (vertical direction). The cylinder 3 includes a cylinder body 3a having a bottomed cylindrical shape and a cylinder cap 3b screwed to the upper end of the cylinder body 3a. The cylinder body 3a and the cylinder cap 3b are liquid-tightly sealed by a seal member 33 (here, an O-ring).

シリンダ3内にはピストン7が、シリンダ3の摺動方向と同方向(上下方向)に摺動可能に収容され、このピストン7によりシリンダ3内の空間が上室5と下室6とに二分される。上室5及び下室6内には非圧縮性の粘性流体(例えばシリコン油等)が充填される。   A piston 7 is accommodated in the cylinder 3 so as to be slidable in the same direction (vertical direction) as the sliding direction of the cylinder 3. The piston 7 divides the space in the cylinder 3 into an upper chamber 5 and a lower chamber 6. Is done. The upper chamber 5 and the lower chamber 6 are filled with an incompressible viscous fluid (for example, silicon oil).

ニードル弁10はピストン7の下端に連結され、シリンダ本体3aの底壁に形成した貫通穴14を貫通して下方に延出するロッド10aと、ロッド10aの下端に一体的に取り付けられたニードル10bとからなる。ニードル10bの下端部は、チップ2b内に形成されたシート部30に当接している。貫通穴14には、貫通穴14とロッド10aとの間を液密にシールするシール部材17(ここではOリング)が設けられている。   The needle valve 10 is connected to the lower end of the piston 7, passes through a through hole 14 formed in the bottom wall of the cylinder body 3a, and extends downward, and a needle 10b integrally attached to the lower end of the rod 10a. It consists of. The lower end portion of the needle 10b is in contact with the sheet portion 30 formed in the tip 2b. The through hole 14 is provided with a seal member 17 (here, an O-ring) that seals the space between the through hole 14 and the rod 10a in a liquid-tight manner.

ピストン7の上端には、シリンダキャップ3bに形成した貫通穴18を貫通して上方に延出する大径ロッド15と、大径ロッド15の上端から上方に延出する小径ロッド16とが一体的に形成されている。貫通穴18には、貫通穴18と大径ロッド15との間を液密にシールするシール部材19(ここではOリング)が設けられている。   A large-diameter rod 15 that extends upward through a through hole 18 formed in the cylinder cap 3 b and a small-diameter rod 16 that extends upward from the upper end of the large-diameter rod 15 are integrally formed at the upper end of the piston 7. Is formed. The through hole 18 is provided with a seal member 19 (here, an O-ring) that seals between the through hole 18 and the large-diameter rod 15 in a liquid-tight manner.

ニードル弁10とバレル本体2aとの間には、アクチュエータ9が設けられている。アクチュエータ9は、ニードル弁10のロッド10aの周部にロッド10aから所定隙間を隔てて配置された磁歪素子9aと、磁歪素子9aの周部に磁歪素子9aから所定隙間を隔てて配置されたコイル9bとを備える。磁歪素子9aの下端はシート22を介してバレル本体2a内の段差面部20と当接し、上端はシート23を介してシリンダ3の下面と当接する。   An actuator 9 is provided between the needle valve 10 and the barrel body 2a. The actuator 9 includes a magnetostrictive element 9a arranged at a peripheral portion of the rod 10a of the needle valve 10 with a predetermined gap from the rod 10a, and a coil arranged at a peripheral portion of the magnetostrictive element 9a with a predetermined gap from the magnetostrictive element 9a. 9b. The lower end of the magnetostrictive element 9 a comes into contact with the stepped surface portion 20 in the barrel body 2 a through the seat 22, and the upper end comes into contact with the lower surface of the cylinder 3 through the seat 23.

シリンダ3の上面とキャップ2cとの間には、シリンダ3を下方に付勢してシート23に押し付ける第一付勢部材25(ここではコイルスプリング)と、大径ロッド15を下方に付勢してピストン7を介してニードル弁10を下方(閉弁方向)に付勢する第二付勢部材26(ここでは、コイルスプリング)が設けられる。これらスプリング25,26は、キャップ2cにより所定荷重で圧縮された状態で設けられ、スプリング25の付勢力は、スプリング26の付勢力よりも大きい。 Between the upper surface of the cylinder 3 and the cap 2c, a first biasing member 25 (here, a coil spring) that biases the cylinder 3 downward and presses it against the seat 23 , and a large-diameter rod 15 are biased downward. A second urging member 26 (here, a coil spring) that urges the needle valve 10 downward (in the valve closing direction) via the piston 7 is provided. The springs 25 and 26 are provided in a state compressed by a predetermined load by the cap 2 c, and the urging force of the spring 25 is larger than the urging force of the spring 26.

本実施形態の特徴を図2を用いて説明する。   The features of this embodiment will be described with reference to FIG.

上記上室5の上方には、気室40が配置されており、この気室40は、絞り部41を介して、下室6に連通している。下室6は、二つの室5、6のうち、シリンダ3を上方にスライドさせたとき、粘性流体が圧縮されて内圧が上昇する側の室である。気室40には、後述のように絞り部41を介して室5、6内の熱膨張した粘性流体の一部が収容される。   An air chamber 40 is disposed above the upper chamber 5, and the air chamber 40 communicates with the lower chamber 6 through a throttle portion 41. The lower chamber 6 is a chamber on the side of the two chambers 5 and 6 in which the viscous fluid is compressed and the internal pressure rises when the cylinder 3 is slid upward. As will be described later, a part of the thermally expanded viscous fluid in the chambers 5 and 6 is accommodated in the air chamber 40 through the throttle portion 41.

気室40及び絞り部41について詳述すると、気室40はシリンダキャップ3bの肉厚内に形成される。他方、絞り部41は、ピストン7に下室6と上室5とを連通して形成された第1絞り部41a(細孔)と、シリンダキャップ3bに上室5と気室40とを連通するために形成された第2絞り部41b(細孔)とからなる。   The air chamber 40 and the throttle part 41 will be described in detail. The air chamber 40 is formed within the thickness of the cylinder cap 3b. On the other hand, the throttle 41 communicates the first throttle 41a (pore) formed by communicating the lower chamber 6 and the upper chamber 5 with the piston 7 and the upper chamber 5 and the air chamber 40 with the cylinder cap 3b. For this purpose, the second throttle part 41b (pore) is formed.

第2絞り部41bは、中間穴42を介して気室40と連通している。すなわち、シリンダキャップ3bには、上室5と連通する第2絞り部41bが形成されていると共に、第2絞り部41bに接続させて第2絞り部41bよりも大径の中間穴42が形成され、更に中間穴42に接続させて中間穴42よりも大径のネジ穴43がシリンダキャップ3bの上面に開口するように形成されている。   The second throttle portion 41 b communicates with the air chamber 40 through the intermediate hole 42. That is, the cylinder cap 3b is formed with a second throttle portion 41b communicating with the upper chamber 5, and an intermediate hole 42 having a diameter larger than that of the second throttle portion 41b is formed by being connected to the second throttle portion 41b. Further, a screw hole 43 having a diameter larger than that of the intermediate hole 42 is formed so as to open to the upper surface of the cylinder cap 3b.

ネジ穴43には、下面に気室40が形成されたプラグ(栓)44が螺合される。これにより、気室40は、中間穴42及び第2絞り部41bを介して上室5と繋がる。第2絞り部41b、中間穴42及びネジ穴43の一部には、上室5内の粘性流体(ドットで表す)が浸入しているが、それより上方に位置する気室40内には、重力の作用により粘性流体が浸入していない。   A plug (plug) 44 having an air chamber 40 formed on the lower surface is screwed into the screw hole 43. Thereby, the air chamber 40 is connected to the upper chamber 5 through the intermediate hole 42 and the second throttle portion 41b. Viscous fluid (represented by dots) in the upper chamber 5 is infiltrated into a part of the second throttle portion 41b, the intermediate hole 42, and the screw hole 43, but in the air chamber 40 positioned above it, Viscous fluid is not infiltrated by the action of gravity.

ピストン7には、上述のように第1絞り部41aが形成されているので、下室6は、第1絞り部41aを介して上室5と連通され、更に第2絞り部41bを介して気室40と連通されることになる。   Since the first throttle part 41a is formed in the piston 7 as described above, the lower chamber 6 is communicated with the upper chamber 5 via the first throttle part 41a, and further via the second throttle part 41b. The air chamber 40 is communicated.

上記第1絞り部41a及び第2絞り部41bは、図例では180度間隔で二個形成されている。   In the example shown in the figure, two first diaphragm portions 41a and second diaphragm portions 41b are formed at intervals of 180 degrees.

また、ピストン7の外周面とシリンダ本体3aの内周面との間には、これらの間を液密にシールするシール部材27が設けられている。よって、上室5内の粘性流体と下室6内の粘性流体とは、第1絞り部41aのみを通って行き来する。   Further, a seal member 27 is provided between the outer peripheral surface of the piston 7 and the inner peripheral surface of the cylinder body 3a for sealing the space therebetween. Therefore, the viscous fluid in the upper chamber 5 and the viscous fluid in the lower chamber 6 go back and forth only through the first throttle part 41a.

第1絞り部41aの流路抵抗(寸法・形状)は、上室5及び下室6内の粘性流体が熱膨張したときに各室5、6内に生じる比較的遅い圧力上昇速度では、膨張した粘性流体が第1絞り部41aを通過し、且つシリンダ3をアクチュエータ9(磁歪素子9aの伸長)によって上方にリフトさせたときに下室6内に生じる上記速度より速い圧力上昇速度では、下室6内の粘性流体が第1絞り部41aを通過しないように設定されている。実際には、第1絞り部41aの寸法・形状・個数等は、アクチュエータ9の駆動特性(駆動速度等)や粘性流体の特性(粘度等)等に基づいて適宜実験やシミュレーション等によって決定される。   The flow path resistance (size / shape) of the first restrictor 41a is expanded at a relatively slow pressure increase rate generated in the chambers 5 and 6 when the viscous fluid in the upper chamber 5 and the lower chamber 6 is thermally expanded. At a pressure increase speed higher than the above speed generated in the lower chamber 6 when the viscous fluid passes through the first throttle portion 41a and the cylinder 3 is lifted upward by the actuator 9 (extension of the magnetostrictive element 9a), It is set so that the viscous fluid in the chamber 6 does not pass through the first throttle part 41a. Actually, the size, shape, number, and the like of the first restrictor 41a are determined by appropriate experiments, simulations, and the like based on the driving characteristics (driving speed, etc.) of the actuator 9 and the characteristics (viscosity, etc.) of the viscous fluid. .

第1絞り部41aの流路抵抗は、第2絞り部41bの流路抵抗よりも小さく設定されている。具体的には、第1絞り部41aの穴径は、第2絞り部41bの穴径よりも大きい。   The channel resistance of the first throttle unit 41a is set smaller than the channel resistance of the second throttle unit 41b. Specifically, the hole diameter of the first throttle part 41a is larger than the hole diameter of the second throttle part 41b.

シリンダ3内への粘性流体の注入方法を説明すると、シリンダ本体3aを鉛直にセットし、上室5及び下室6内に粘性流体を満たし、ネジ穴43にプラグ44が取り付けられていないシリンダキャップ3bを、シリンダ本体3aに粘性流体を溢れさせながら螺合させる。これにより、上室5及び下室6内における気泡の存在チャンスが略零となる。その後、ネジ穴43から上室5内に粘性流体を追加して注入し、シリンダ3内の完全脱気を行う。最後に、プラグ44をネジ穴43に螺合させて固定する。これにより、シリンダ3及びピストン7のアッシー(組立体)が完成する。   The method of injecting the viscous fluid into the cylinder 3 will be described. The cylinder body 3a is set vertically, the upper chamber 5 and the lower chamber 6 are filled with the viscous fluid, and the plug 44 is not attached to the screw hole 43. 3b is screwed into the cylinder body 3a while overflowing the viscous fluid. Thereby, the presence chance of the bubbles in the upper chamber 5 and the lower chamber 6 becomes substantially zero. Thereafter, a viscous fluid is additionally injected into the upper chamber 5 from the screw hole 43, and the cylinder 3 is completely deaerated. Finally, the plug 44 is screwed into the screw hole 43 and fixed. Thereby, the assembly (assembly) of the cylinder 3 and the piston 7 is completed.

上記燃料噴射弁1の噴射及び各部材の熱膨張差の吸収について説明する。   The injection of the fuel injection valve 1 and the absorption of the thermal expansion difference of each member will be described.

図1に示すキャップ2cの燃料導入口13からバレル本体2a内に導入された燃料は、小径ロッド16とキャップ2cとの隙間、シリンダ3とバレル本体2aとの隙間、ニードル弁10と磁歪素子9aとの隙間、ニードル弁10とチップ2bとの隙間等を通ってチップ2bのシート部30まで流れ込む。この供給燃料の圧力は例えば100〜250Bar程度である。   The fuel introduced into the barrel body 2a from the fuel inlet 13 of the cap 2c shown in FIG. 1 is the gap between the small diameter rod 16 and the cap 2c, the gap between the cylinder 3 and the barrel body 2a, the needle valve 10 and the magnetostrictive element 9a. Through the gap between the needle valve 10 and the tip 2b and the like to the seat portion 30 of the tip 2b. The pressure of the supplied fuel is, for example, about 100 to 250 Bar.

アクチュエータ9のコイル9bに対する通電が行われない場合、スプリング26によりニードル弁10が下方に付勢されているため、ニードル弁10の下端部がチップ2bのシート部30に所定圧力で押し付けられ噴射孔11を閉じる。従って、燃料は噴射孔11まで到達せず、燃料噴射は行われない。   When the coil 9b of the actuator 9 is not energized, the needle valve 10 is urged downward by the spring 26. Therefore, the lower end portion of the needle valve 10 is pressed against the seat portion 30 of the tip 2b with a predetermined pressure, and the injection hole 11 is closed. Therefore, the fuel does not reach the injection hole 11 and fuel injection is not performed.

一方、図示しない制御器(ECU等)により所望の値に制御された電力が、バレル本体2aに設けた外部端子31を介してコイル9bに供給されると、コイル9bが供給電力に応じた強度の磁場を発生させる。   On the other hand, when electric power controlled to a desired value by a controller (such as an ECU) (not shown) is supplied to the coil 9b via the external terminal 31 provided on the barrel body 2a, the coil 9b has strength corresponding to the supplied electric power. Generate a magnetic field.

コイル9bが磁化すると、磁歪素子9aがその磁場強度に応じた長さだけ上下方向に伸長する。このとき、磁歪素子9aは、その下端がシート22を介してバレル本体2aの段差面部20と当接しているため、磁歪素子9aはシリンダ3をスプリング25、26の付勢力に対抗して上方に押し上げるように伸長する。磁歪素子9aの伸長速度、即ち、アクチュエータ9によるシリンダ3の駆動速度は比較的迅速(例えば、数μm/μs程度)である。   When the coil 9b is magnetized, the magnetostrictive element 9a extends in the vertical direction by a length corresponding to the magnetic field strength. At this time, since the lower end of the magnetostrictive element 9a is in contact with the stepped surface portion 20 of the barrel body 2a via the seat 22, the magnetostrictive element 9a moves the cylinder 3 upward against the urging force of the springs 25 and 26. Stretch to push up. The expansion speed of the magnetostrictive element 9a, that is, the driving speed of the cylinder 3 by the actuator 9 is relatively quick (for example, about several μm / μs).

この場合、上述したように、下室6内の圧力上昇速度が所定値以上となり、下室6内の粘性流体は、第1絞り部41aを通過せず、固体として機能する。従って、磁歪素子9aによりシリンダ3が押し上げられると、下室6内の粘性流体を介してピストン7及びニードル弁10が一体的に持ち上げられ(リフトされ)、スプリング25、26を撓ませる。これにより、ニードル弁10の下端がチップ2bのシート部30から離れて噴射孔11が開かれ、シート部30まで供給されていた高圧燃料が噴射孔11から噴霧となって外部(燃焼室内)へ噴射される。   In this case, as described above, the pressure increase rate in the lower chamber 6 becomes a predetermined value or more, and the viscous fluid in the lower chamber 6 does not pass through the first throttle portion 41a and functions as a solid. Accordingly, when the cylinder 3 is pushed up by the magnetostrictive element 9a, the piston 7 and the needle valve 10 are lifted up (lifted) together via the viscous fluid in the lower chamber 6, and the springs 25 and 26 are bent. As a result, the lower end of the needle valve 10 is separated from the seat portion 30 of the tip 2b to open the injection hole 11, and the high-pressure fuel supplied up to the seat portion 30 is sprayed from the injection hole 11 to the outside (combustion chamber). Be injected.

また、各部材に熱膨張差が生じ、例えば磁歪素子9aの熱膨張がニードル弁10の熱膨張よりも大きいときには、シリンダ3を磁歪素子9aの熱膨張によってリフトされる力が生じ、下室6内の圧力が緩やかに(アクチュエータ9による圧力上昇速度以下の速度で)上昇する。このとき、下室6内の粘性流体は、第1絞り部41aを通過して上室5に流出し、ピストン7の位置が移動することなくシリンダ3のみがリフトする。よって、ピストン7に連結されたニードル弁10が、磁歪素子9aとニードル弁10との熱膨張差によってリフトすることはない。 Further, a difference in thermal expansion occurs in each member. For example, when the thermal expansion of the magnetostrictive element 9a is larger than the thermal expansion of the needle valve 10, a force that lifts the cylinder 3 by the thermal expansion of the magnetostrictive element 9a is generated. The internal pressure rises slowly (at a speed equal to or lower than the pressure increase speed by the actuator 9). At this time, the viscous fluid in the lower chamber 6 passes through the first throttle portion 41a and flows out into the upper chamber 5, and only the cylinder 3 is lifted without moving the position of the piston 7. Therefore, the needle valve 10 connected to the piston 7 does not lift due to the difference in thermal expansion between the magnetostrictive element 9 a and the needle valve 10.

本実施形態に係る燃料噴射弁1の作用を述べる。   The operation of the fuel injection valve 1 according to this embodiment will be described.

例えば、燃料噴射弁1の全体がシリンダヘッド等から熱を受けて加熱されると、シリンダ3及びその内部の粘性流体が略同温度に加熱される。すると、粘性流体(シリコン油等)の方がシリンダ3(鉄系金属)よりも約二桁程度も熱膨張係数が大きいため、粘性流体の容積が上室5及び下室6の容積に収まりきれなくなり、上室5及び下室6の内圧が緩やかに上昇する。   For example, when the entire fuel injection valve 1 is heated by receiving heat from a cylinder head or the like, the cylinder 3 and the viscous fluid in the cylinder 3 are heated to substantially the same temperature. Then, the viscous fluid (silicon oil or the like) has a thermal expansion coefficient that is about two orders of magnitude greater than that of the cylinder 3 (iron-based metal), so that the volume of the viscous fluid can be contained in the upper chamber 5 and the lower chamber 6. The internal pressure of the upper chamber 5 and the lower chamber 6 gradually increases.

ここで、上室5と下室6とは第2絞り部41bより大径の第1絞り部41aを介して連通されているので、上室5及び下室6内の粘性流体は略一体的に熱膨張し、上室5及び下室6の内圧が緩やかに上昇する。このように、上室5及び下室6内の圧力上昇速度が比較的遅い場合には、上述したように膨張した粘性流体の一部が第2絞り部41bを通過して気室40に浸入する。これにより、上室5及び下室6内の圧力が逃がされるので、粘性流体の熱膨張によるシール17、19やプラグ44の破損を回避できる。   Here, since the upper chamber 5 and the lower chamber 6 are communicated with each other via the first throttle portion 41a having a diameter larger than that of the second throttle portion 41b, the viscous fluid in the upper chamber 5 and the lower chamber 6 is substantially integrated. The internal pressure of the upper chamber 5 and the lower chamber 6 gradually rises. As described above, when the pressure increase rate in the upper chamber 5 and the lower chamber 6 is relatively slow, a part of the expanded viscous fluid enters the air chamber 40 through the second throttle portion 41b as described above. To do. Thereby, the pressure in the upper chamber 5 and the lower chamber 6 is relieved, so that damage to the seals 17 and 19 and the plug 44 due to thermal expansion of the viscous fluid can be avoided.

他方、ニードル弁10を開弁させるべく、磁歪素子9aによってシリンダ3がリフトされると、下室6内の粘性流体の圧力が上記粘性流体の熱膨張による圧力上昇速度より速い速度で素早く立ち上がる。すると、上述のように下室6内の粘性流体が第1絞り部41aを通過せず、ピストン7がシリンダ3と一体的にリフトする。よって、このとき上室5内に圧力上昇は殆ど生ぜず、上室5内の粘性流体が第2絞り部41bを介して気室40に流出することはない。   On the other hand, when the cylinder 3 is lifted by the magnetostrictive element 9a to open the needle valve 10, the pressure of the viscous fluid in the lower chamber 6 quickly rises at a speed faster than the pressure increase rate due to the thermal expansion of the viscous fluid. Then, as described above, the viscous fluid in the lower chamber 6 does not pass through the first throttle portion 41a, and the piston 7 is lifted integrally with the cylinder 3. Accordingly, at this time, the pressure rise hardly occurs in the upper chamber 5, and the viscous fluid in the upper chamber 5 does not flow out into the air chamber 40 through the second throttle portion 41 b.

ところで、粘性流体が熱膨張した時、上室5と下室6とで内圧に差が生じている場合には、上室5及び下室6内の粘性流体は、第1絞り部41aを通って上下の内圧差をバランスさせるように流れると略同時に、第2絞り部41bを通って気室40に流出する。ここで、第1絞り部41aの方が第2絞り部41bよりも大径であり流れ易いので流量が多くなり、第1絞り部41aを通過することによる内圧差のバランスの方が、第2絞り部41bを通過することによる熱膨張の吸収よりも優先してなされる。よって、上記内圧差によって生じるニードル弁10のリフト又はニードル弁10のダウン(ニードル弁10のシート部30への過度の押し付け)を回避できる。   By the way, when the viscous fluid thermally expands, if there is a difference in internal pressure between the upper chamber 5 and the lower chamber 6, the viscous fluid in the upper chamber 5 and the lower chamber 6 passes through the first throttle portion 41a. When flowing so as to balance the internal pressure difference between the upper and lower sides, the air flows out into the air chamber 40 through the second throttle portion 41b substantially simultaneously. Here, since the first throttle part 41a has a larger diameter than the second throttle part 41b and flows easily, the flow rate increases, and the balance of the internal pressure difference caused by passing through the first throttle part 41a is the second. This is given priority over absorption of thermal expansion caused by passing through the throttle 41b. Therefore, the lift of the needle valve 10 or the down of the needle valve 10 (excessive pressing of the needle valve 10 against the seat portion 30) caused by the internal pressure difference can be avoided.

また、シリンダ3及びピストン7のアッシーを組み立てる場合には、粘性流体をネジ穴43から上室5及び下室6内に気泡なく充満させた状態で、プラグ44をネジ穴43にねじ込んで粘性流体を密閉しているので、上室5及び下室6内の粘性流体がプラグ44の気室40内のエアを介して密閉されることになり、上室5及び下室6内の粘性流体の圧力が個々の個体(シリンダ・ピストン・アッシー)について略一定に管理できる。   When the assembly of the cylinder 3 and the piston 7 is assembled, the viscous fluid is filled into the upper chamber 5 and the lower chamber 6 from the screw hole 43 without bubbles, and the plug 44 is screwed into the screw hole 43 so that the viscous fluid is filled. Since the viscous fluid in the upper chamber 5 and the lower chamber 6 is sealed through the air in the air chamber 40 of the plug 44, the viscous fluid in the upper chamber 5 and the lower chamber 6 is sealed. The pressure can be controlled to be substantially constant for each individual (cylinder, piston, assembly).

この点、説明すると、背景技術の欄で説明した図5に示すタイプでは、シリンダ102内に粘性流体(非圧縮性)を満たしておいて注入通路を栓で蓋しているため、完全脱気して蓋しようとすると、シリンダ102内に内圧が存在する状態で蓋しなければならない。この内圧は、栓を注入通路に装着する工程において、栓によって粘性流体をシールできる内圧のシール始まり点のばらつきにより、個々の個体(ピストン・シリンダ・アッシー)毎に異なってしまう。よって、粘性流体とシリンダ102との熱膨張差による粘性流体の溢流限界温度にばらつきが生じていた。   In this regard, in the type shown in FIG. 5 described in the background art section, the cylinder 102 is filled with a viscous fluid (incompressible) and the injection passage is covered with a stopper. In order to cover the cylinder 102, the cylinder 102 must be closed in the presence of internal pressure. This internal pressure differs for each individual (piston, cylinder, assembly) due to variations in the sealing start point of the internal pressure at which the viscous fluid can be sealed by the stopper in the step of attaching the stopper to the injection passage. Therefore, the overflow limit temperature of the viscous fluid varies due to the difference in thermal expansion between the viscous fluid and the cylinder 102.

これに対し、本実施形態では、上記気室40内のエアを介して粘性流体が密閉されているので、個々の個体毎のシリンダ3内の内圧のばらつきが気室40内のエアが適宜圧縮されることで吸収されることになり、個々の個体について略一定した粘性流体の内圧が達成される。よって、上記溢流限界温度の管理が容易となる。なお、気室40内のエアは、上述のようにアクチュエータ9によるシリンダ3のリフト時には、ピストン7及びニードル弁10のリフトに影響を及ぼさない。   On the other hand, in this embodiment, since the viscous fluid is sealed through the air in the air chamber 40, the variation in the internal pressure in the cylinder 3 for each individual is appropriately compressed. As a result, a substantially constant internal pressure of the viscous fluid is achieved for each individual. Therefore, the overflow limit temperature can be easily managed. Note that the air in the air chamber 40 does not affect the lift of the piston 7 and the needle valve 10 when the cylinder 9 is lifted by the actuator 9 as described above.

気室40及び第2絞り部41bの変形例を図3に示す。   A modification of the air chamber 40 and the second throttle part 41b is shown in FIG.

この変形例は、シリンダキャップ3bに第2絞り部41b’としての細孔を形成すると共に、第2絞り部41b’の上部にネジ穴43’を形成し、このネジ穴43’に第2絞り部41b’に繋がる細孔45及び気室40’が形成されたプラグ44’をねじ込んだものである。上記第2絞り部41b’、細孔45及び気室40’内の一部には、上室5内の粘性流体の一部が浸入している。この変形例は、その他の構成が上記実施形態と同様となっているので、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。   In this modification, the cylinder cap 3b is formed with a pore as the second throttle portion 41b ′, and a screw hole 43 ′ is formed in the upper portion of the second throttle portion 41b ′, and the second throttle is formed in the screw hole 43 ′. The plug 44 'in which the pore 45 and the air chamber 40' connected to the portion 41b 'are formed is screwed. A part of the viscous fluid in the upper chamber 5 is infiltrated into a part of the second throttle portion 41b ', the pore 45, and the air chamber 40'. Since this modification has the same configuration as the above embodiment, the same effects as the above embodiment can be obtained.

別の変形例を図4に示す。   Another modification is shown in FIG.

この変形例は、図2に示す実施形態の第2絞り部41b、中間穴42、ネジ穴43及びプラグ44を、シリンダキャップ3bではなく、ピストン7の大径ロッド15内に形成した点のみが図2に示す実施形態と異なる。この変形例においても上記実施形態と同様の作用効果を奏する。   This modification is only that the second throttle portion 41b, the intermediate hole 42, the screw hole 43 and the plug 44 of the embodiment shown in FIG. 2 are formed in the large-diameter rod 15 of the piston 7 instead of the cylinder cap 3b. Different from the embodiment shown in FIG. This modification also has the same effects as the above embodiment.

本発明は、上記実施形態に限定はされない The present invention is not limited to the above embodiment .

例えば、第1絞り部41a及び第2絞り部41bの数は二つに限定されず、一つ又は三つ以上としても良い。また、図5に示したピストン105に第1絞り部41aが形成されないタイプにも本発明を適用でき、その場合、ピストン105とシリンダ102との間のクリアランスが第1絞り部41aに相当する。すなわち、図1、図2及び図4に示すピストン7に形成される第1絞り部41a及びシール部材27を省略すると共に、ピストン7とシリンダ3との間に所定のクリアランスを設定し、このクリアランスを請求項に記載の第1絞り部41aとしてもよい。 For example , the number of the first diaphragm portions 41a and the second diaphragm portions 41b is not limited to two, and may be one or three or more. Further, the present invention can also be applied to a type in which the first throttle portion 41a is not formed on the piston 105 shown in FIG. 5, and in this case, the clearance between the piston 105 and the cylinder 102 corresponds to the first throttle portion 41a. That is, the first throttle part 41a and the seal member 27 formed in the piston 7 shown in FIGS. 1, 2, and 4 are omitted, and a predetermined clearance is set between the piston 7 and the cylinder 3, and this clearance is set. It is good also as the 1st aperture | diaphragm | squeeze part 41a of Claim 1 .

また、アクチュエータ9は磁歪素子9aを用いたものに限定されず、供給電力に応じて伸長する電歪素子等を用いても良い。また、各シール部材13,17,19,27はOリングに限定されず、他のシール部材を用いても良い。また、第一付勢手段25及び第二付勢手段26はコイルスプリングに限定されず、皿バネ等、他の付勢手段を用いても良い。   Further, the actuator 9 is not limited to the one using the magnetostrictive element 9a, and an electrostrictive element or the like that expands according to the supplied power may be used. Further, the seal members 13, 17, 19, and 27 are not limited to O-rings, and other seal members may be used. The first urging means 25 and the second urging means 26 are not limited to coil springs, and other urging means such as a disc spring may be used.

また、上記実施形態では気体燃料用の燃料噴射弁に適用した例を示したが、本発明は、軽油、ガソリン用の燃料噴射弁等にも勿論適用可能である。更に、上述した膨張差吸収機構は燃料噴射弁以外の機構の熱膨張差を吸収するために用いることも可能である。   Moreover, although the example applied to the fuel injection valve for gaseous fuel was shown in the said embodiment, of course, this invention is applicable also to the fuel injection valve for light oil, gasoline, etc. Furthermore, the above-described expansion difference absorbing mechanism can be used to absorb the difference in thermal expansion of mechanisms other than the fuel injection valve.

本発明の一実施形態に係る膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁の断面図である。It is sectional drawing of the fuel injection valve provided with the expansion difference absorption mechanism which concerns on one Embodiment of this invention. 図1の部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of FIG. 絞り部及び気室の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of a throttle part and an air chamber. 別の変形例を示す部分拡大断面図である(図2に相当)。It is a partial expanded sectional view which shows another modification (equivalent to FIG. 2). 本発明者が先に開発した燃料噴射弁の断面図である。It is sectional drawing of the fuel injection valve which this inventor developed previously.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料噴射弁
2 バレル(ケーシング)
3 シリンダ
5 上室
6 下室
7 ピストン
9 アクチュエータ
9a 磁歪素子
9b コイル
10 ニードル弁(作動部材)
11 噴射孔
25 第一付勢手段(スプリング)
26 第二付勢手段(スプリング)
29 連通孔
40 気室
41 絞り部
41a 第1絞り部
41b 第2絞り部
1 Fuel injection valve 2 Barrel (casing)
3 Cylinder 5 Upper chamber 6 Lower chamber 7 Piston 9 Actuator 9a Magnetostrictive element 9b Coil 10 Needle valve (actuating member)
11 Injection hole 25 First urging means (spring)
26 Second urging means (spring)
29 communication hole 40 air chamber 41 throttle part 41a first throttle part 41b second throttle part

Claims (6)

バレル内に上下スライド可能に収容されたシリンダと、
該シリンダ内を上室と下室とに仕切るピストンと、
上記上室及び下室にそれぞれに充満された粘性流体と
上記シリンダを上方にスライドさせるアクチュエータと、
上記ピストンの下部に連結されたニードル弁とを有し、
上記アクチュエータによって上記シリンダを上方にスライドさせることで、上記粘性流体及びピストンを介して上記ニードル弁をリフトさせる膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁であって、
上記アクチュエータによって上記シリンダを上方にスライドさせたときに内圧が上昇する上記下室に、第1絞り部を介して上記上室を連通すると共に、その上室に、第2絞り部を介して気室を連通し、
上記第1絞り部の流路抵抗は、
上記シリンダを上記アクチュエータによって上方にスライドさせたときに上記下室内に生じる圧力上昇速度では上記粘性流体が上記第1絞り部を通過せず、
上記ニードル弁と上記アクチュエータとの熱膨張差によって上記下室及び上室内に生じる、上記速度よりも遅い圧力上昇速度では膨張した粘性流体が上記第1絞り部を通過するように設定され
上記粘性流体が熱膨張したとき、その粘性流体を上記第2絞り部を介して上記気室に吸収するようにした
ことを特徴とする膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁
A cylinder housed in a barrel so as to be vertically slidable,
A piston that partitions the cylinder into an upper chamber and a lower chamber ;
A viscous fluid filled in each of the upper and lower chambers ;
An actuator that slides the cylinder upward;
A needle valve connected to the lower part of the piston,
A fuel injection valve provided with an expansion difference absorbing mechanism that lifts the needle valve through the viscous fluid and a piston by sliding the cylinder upward by the actuator ,
The upper chamber communicates with the lower chamber through which the internal pressure rises when the cylinder is slid upward by the actuator via the first throttle portion, and the air is communicated with the upper chamber via the second throttle portion. Communicate the room,
The flow path resistance of the first throttle part is
The pressure rise rate resulting in the lower chamber when the cylinder is slid upward by the actuator the viscous fluid does not pass through the first throttle portion,
Occurring to the lower chamber and the upper chamber by the thermal expansion difference between the needle valve and the actuator, the slow pressure increase speed than the speed set as expanded viscous fluid passes through the first throttle portion,
A fuel injection valve provided with an expansion difference absorbing mechanism , wherein when the viscous fluid is thermally expanded, the viscous fluid is absorbed into the air chamber via the second throttle portion .
上記第1絞り部の流路抵抗は、上記第2絞り部の流路抵抗よりも小さく設定された請求項1に記載の膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁。 2. The fuel injection valve having the expansion difference absorbing mechanism according to claim 1, wherein a flow path resistance of the first throttle portion is set smaller than a flow path resistance of the second throttle portion . 上記第1絞り部が、上記ピストンの内部に設けられ、
上記第2絞り部が、上記シリンダの肉厚内又は上記ピストンの内部に設けられ、
上記気室が、上記シリンダの肉厚内又は上記ピストンの内部に設けられた請求項1又は記載の膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁。
The first throttle portion is provided inside the piston;
The second throttle portion is provided in the thickness of the cylinder or in the piston;
The fuel injection valve provided with the expansion difference absorption mechanism according to claim 1 or 2 , wherein the air chamber is provided within a thickness of the cylinder or inside the piston .
上記第1絞り部が、上記ピストンの内部に設けられ、
上記第2絞り部が、上記シリンダの肉厚内又は上記ピストンの内部に設けられ、
上記シリンダ又は上記ピストンに、上記第2絞り部に連通するネジ穴が形成され、
該ネジ穴にねじ込まれたプラグの内部に、上記気室が形成された請求項1又は2に記載の膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁。
The first throttle portion is provided inside the piston;
The second throttle portion is provided in the thickness of the cylinder or in the piston;
A screw hole communicating with the second throttle part is formed in the cylinder or the piston,
The fuel injection valve provided with the expansion difference absorbing mechanism according to claim 1 or 2, wherein the air chamber is formed inside a plug screwed into the screw hole .
上記第1絞り部が、上記ピストンの内部に設けられ、
上記シリンダが、有底円筒状のシリンダ本体と該シリンダ本体の上端に螺合されたシリンダキャップとから構成され、
該シリンダキャップに、上記第2絞り部が形成されると共に、上記シリンダキャップの上面から下方に伸びて上記第2絞り部に連通するネジ穴が形成され、
該ネジ穴にねじ込まれたプラグの内部に、上記気室が形成された請求項1又は2に記載の膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁。
The first throttle portion is provided inside the piston;
The cylinder is composed of a bottomed cylindrical cylinder body and a cylinder cap screwed to the upper end of the cylinder body.
In the cylinder cap, the second throttle portion is formed, and a screw hole extending downward from the upper surface of the cylinder cap and communicating with the second throttle portion is formed.
The fuel injection valve provided with the expansion difference absorbing mechanism according to claim 1 or 2, wherein the air chamber is formed inside a plug screwed into the screw hole .
上記シリンダ本体を鉛直に配置し、
該シリンダ本体内の上記上室及び下室内に粘性流体を満たし、
上記シリンダ本体の上端に、上記ネジ穴に上記プラグが取り付けられていない上記シリンダキャップを上記粘性流体を溢れさせながら螺合させ、
そのシリンダキャップに形成された上記ネジ穴に上記プラグを螺合させた
ことを特徴とする請求項5に記載の膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁の製造方法
Place the cylinder body vertically,
Fill the upper and lower chambers in the cylinder body with a viscous fluid,
At the upper end of the cylinder body, screw the cylinder cap not fitted with the plug into the screw hole while overflowing the viscous fluid,
The plug was screwed into the screw hole formed in the cylinder cap.
A method for manufacturing a fuel injection valve having an expansion difference absorbing mechanism according to claim 5 .
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