JP3885804B2 - FUEL INJECTION VALVE HAVING EXPANSION DIFFERENTIAL ABSORPTION MECHANISM AND ITS MANUFACTURING METHOD - Google Patents
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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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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1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
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
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.
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
3
11 Injection hole 25 First urging means (spring)
26 Second urging means (spring)
29
Claims (6)
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;
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 .
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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