JP4051847B2

JP4051847B2 - Fuel injection device

Info

Publication number: JP4051847B2
Application number: JP2000027624A
Authority: JP
Inventors: 覚佐々木; 利雄近藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: JP2001221119A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンに使用される燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンにおいて排気中の有害物質（例えば、ＮＯｘ、ＨＣ、黒煙、微粒子）量を低減しつつ高出力かつ低燃費を実現するためには、噴射率をエンジン運転状態に応じて常に最適に制御する必要がある。この目的で、ノズル針弁リフトを燃料圧力により変化させ噴射率を可変にしようとする技術が提案されている。
【０００３】
例えば、所定の針弁リフト間隔をおいて針弁を付勢するように２個のばねを構成した２段開弁圧ノズルが公知となっている。この技術によれば、針弁は燃料噴射ポンプから圧送される燃料圧力に従いリフトする。しかし、燃料噴射ポンプから燃料噴射装置に圧送される燃料圧力はエンジンの運転状態によって変動するので、エンジンの要求する最適な噴射率を全運転状態において実現するのは困難であった。
【０００４】
そこで、特開平８−３２６６１９号公報に記載の燃料噴射装置のように、噴孔閉塞方向に針弁に燃料圧力を加える制御室を設けるものが知られている。ノズルの燃料溜まりに導入される燃料圧力により噴孔開放方向に受ける力と、制御室の燃料圧力から噴孔閉塞方向に受ける力と、スプリングから噴孔閉塞方向に受ける力との大小関係により針弁のリフトを制御している。エンジンの運転状態によって燃料圧力が変動しても制御室の圧力を制御することにより、針弁の開閉タイミングを高精度に制御しようとしている。また、この制御室の低圧通路側出口に設けた電磁力駆動式の制御弁のリフトを２段階に制御して制御室の燃料圧力を変化させることことにより、針弁を段階的にリフトさせ、所望の噴射率を得ようとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の燃料噴射装置の構成では、針弁は制御室の圧力変化とスプリングと、燃料溜まりの燃料圧力との大小関係でリフトするので、制御弁が段階的にリフトしても針弁は制御弁と同様に段階的にリフトするとは限らない。さらに、温度変化等により電磁力が変化すると制御弁のリフト特性が変化し制御弁の開口面積特性が変化する。また、粘性等の燃料特性の変化により制御室の圧力変化が不安定になり、これに伴い針弁のリフト特性が変化して噴射率が不安定になることがある。また、制御弁の非常に小さいリフト量を制御するので、燃料噴射装置の固体間のばらつきを押さえることが難しく、高精度に安定した噴射制御は困難であった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、エンジンの運転状態に応じて最適な噴射率を高精度に実現可能な燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１、請求項２および請求項３に記載の燃料噴射装置によれば、弁部材が燃料溜まりの燃料圧力から噴孔開放方向に受ける力と、付勢手段により噴孔閉塞方向に受ける力と、第１制御室の燃料圧力から噴孔閉塞方向に受ける力と、第２制御室の燃料圧力から噴孔開放方向に受ける力との大小関係により弁部材のリフト量が制御されるような構成において、弁部材が第１制御室の燃料圧力から受ける力および第２制御室の燃料圧力から受ける力を段階的に変えることにより、針弁のリフトを段階的に制御するような構成を採用して、エンジンの運転条件全域において所望の噴射率を得られるようにしている。各制御室の低圧通路側出口に切替え手段を設けている。そして、切替え手段により各制御室の燃料圧力をそれぞれ高圧あるいは低圧に制御して、弁部材に対して噴孔閉塞方向に作用する力を段階的に変えている。これにより、弁部材に作用する四つの力、すなわち、燃料圧力から噴孔開放方向に受ける力、付勢手段から噴孔閉塞方向に受ける力、第１制御室の燃料圧力から噴孔閉塞方向に受ける力および第２制御室の燃料圧力から噴孔開放方向に受ける力の大小関係が段階的に変るので弁部材のリフト量を段階的に制御できると共に、弁部材の開閉タイミングを制御できる。弁部材のリフト量および開閉タイミングは、燃料噴射装置に導入される燃料圧力に係わらず、前述の弁部材に作用する四つの力、すなわち、燃料圧力から噴孔開放方向に受ける力、付勢手段から噴孔閉塞方向に受ける力、第１制御室の燃料圧力から噴孔閉塞方向に受ける力および第２制御室の燃料圧力から噴孔開放方向に受ける力の大小関係を変えることで制御できる。したがって、エンジンの全運転領域において所望の燃料噴射率を得ることができる。
【０００８】
本発明の請求項１に記載の燃料噴射装置によれば、切替え手段は複数の弁体により構成され、電気的に駆動される弁体の移動量に応じて他の弁体と協動させることができるので複数の制御室の圧力を確実に制御可能である。また、電気的な力によって切替え手段を駆動するので、切替え手段の作動を高精度に制御し、燃料噴射率を高精度に制御できる。
【０００９】
本発明の請求項４に記載の燃料噴射装置によれば、圧電素子によって切替え手段を駆動するので、切替え手段の動きを高精度に制御し、燃料噴射率を高精度に制御できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態による燃料噴射装置であるインジェクタ１を図１に示す。また、インジェクタ１の部分的拡大断面を図２に示す。なお、各図とも、同一構成部分には同一符号を付してある。
【００１２】
インジェクタ１は図示しないエンジンのシリンダヘッドに挿入固定され、エンジンの各気筒内に燃料を直接噴射するように構成されている。燃料噴射ポンプから吐出された高圧燃料は図示しない燃料供給管を経由してインジェクタ１に供給される。燃料噴射ポンプは、エンジンの回転数、負荷、あるいは吸入空気量等に従い吐出圧力を調整する。
【００１３】
インジェクタ１のハウジング１１と弁ボディ（弁体）１２とはチップパッキン１３、第１バルブホルダ１６、第２バルブホルダ１７を挟みリテーニングナット１４で締結されている。弁部材２０は、噴孔１２ｂ側からニードル２１、第１ピストン（第１伝達部材）２２、第２ピストン（第２伝達部材）２３により構成されている。
【００１４】
図示しない燃料噴射ポンプから供給される高圧燃料は、ハウジング１１に形成された燃料流入通路５０、燃料通路５１、第１バルブホルダ１６に形成された燃料通路５２、第２バルブホルダ１７に形成された燃料通路５３、チップパッキン１３に形成された燃料通路５４、弁ボディ１２に形成された燃料通路５５、燃料溜まり５６からニードル２１周囲の燃料通路５７を経てニードル２１と弁座１２ａとで形成する弁部２に至る。一方、弁ボディ１２とニードル２１との隙間からのリーク燃料は、チップパッキン１３に形成された燃料通路６０、第２バルブホルダ１７に形成された燃料通路６１、第１バルブホルダ１６に形成された燃料通路６２、ハウジング１１に形成された燃料通路６３を経由して、図示しない燃料タンクに排出される。
【００１５】
ニードル２１は弁ボディ１２に往復移動自在に支持されている。ニードル２１は、スプリング（付勢手段）１５により弁ボディ１２に形成した弁座１２ａに付勢されている。スプリング１５はチップパッキン１３に収容されている。
【００１６】
チップパッキン１３の反弁ボディ１２側端部に凹部１３ａが設けられている。凹部１３ａには第２ピストン２３が往復移動自在に保持されている。ここで、凹部１３ａは第２ピストン２３によって弁ボディ１２側部と反弁ボディ１２側部とに二分され、弁ボディ１２側部に第２制御室２６が、反弁ボディ１２側部に第１制御室２５が形成されている。
【００１７】
第２ピストン２３には、弁ボディ１２側端面２３ａに開口する有底孔部２３ｂが設けられると共に、弁ボディ１２側端面２３ａの外周部には段部２３ｃが設けられている。また、第２ピストン２３の孔部２３ｂの底部２３ｄには反弁ボディ１２側端面２３ｅに開口する直径が孔部２３ｂより小さい孔２３ｆが設けられている。
【００１８】
第１ピストン２２は、前記第２ピストンの孔部２３ｂおよび前記チップパッキン１３に往復移動自在に保持されると共に、その弁ボディ１２側端部が前記ニードル２１に当接している。
【００１９】
第１制御室２５は、絞り７２および燃料通路７３を介して制御弁３７の周囲の燃料空間９０に連通している。また、第１制御室内にはスプリング１６が配置され、第２ピストン２３を弁ボディ１２側（図１の下方）に付勢している。
【００２０】
第２制御室２６は、燃料通路７６および燃料通路７７を介して制御弁３８の周囲の燃料空間９１に連通している。
【００２１】
圧電素子３０はコネクタ４０に埋設されているピン４１と電気的に接続している。圧電素子３０に電圧が印加されると、圧電素子３０が図１の下方に延びる。印加電圧が高くなると圧電素子の延び量が大きくなる。
【００２２】
油圧ピストン３１の一端は圧電素子３０と当接しており、他端は皿ばね３２と当接している。皿ばね３２はばね座３３と当接しており、油圧ピストン３１を圧電素子３０に向けて付勢している。油圧ピストン３４はスプリング３６により油圧ピストン３１に向けて付勢されている。油圧ピストン３４のロッド３５は制御弁３７と当接している。
【００２３】
制御弁３７は第１バルブホルダ１６内に往復移動自在に収容されている。第１バルブホルダ１６には制御弁３７の弁座１６ａが設けられている。
【００２４】
制御弁３８は第２バルブホルダ１７内に往復移動自在に収容されている。制御弁３８には図２の上下方向に貫通孔３８ａが設けられている。スプリング３９は制御弁３８を第１バルブホルダ１６の弁ボディ１２側の端面１６ｂに向けて付勢している。
【００２５】
図２に示すように、制御弁３７の周囲に形成されている燃料空間９０は、制御弁３７の位置に関わらず燃料通路７８、燃料通路７３および絞り７２を介して第１制御室２５と連通している。
【００２６】
制御弁３８の周囲に形成されている燃料空間９１には、制御弁３８の位置に関わらず燃料通路５３から絞り７０、燃料通路７１を介し高圧燃料が供給されている。さらに、燃料空間９１は燃料通路７７、燃料通路７６を介して第２制御室２６に連通している。燃料通路７７の燃料空間９１側開口部７７ａは、制御弁３８が第１バルブホルダ１６の端面１６ｂに当接している時は制御弁３８により閉塞されている。
【００２７】
ロッド３５の周囲の燃料空間９２は燃料通路７９を介して低圧側の燃料通路６３と連通している。
【００２８】
次に、インジェクタ１の作動について説明する。
【００２９】
（１）圧電素子３０に電圧を印加していない状態では、油圧ピストン３４は図２に示す位置にある。制御弁３８はスプリング３９の付勢力により第１バルブホルダ１６の端面１６ｂに当接している。燃料空間９１には燃料通路５３から高圧燃料が供給され、この高圧燃料は制御弁３８の貫通孔３８ａを経由して制御弁３７に達する。一方、制御弁３７が第１バルブホルダ１６の弁座１６ａから離れている場合、燃料空間９０は燃料空間９２を介して低圧側燃料通路６３に連通しており低圧である。そのため、制御弁３７は燃料空間９１内の燃料圧力により図２の上方へ押上げられて第１バルブホルダ１６の弁座１６ａに当接し、燃料空間９０内圧力は燃料空間９１と同様に高圧になる。この状態では、高圧燃料が燃料通路５３、絞り７０、燃料通路７１、燃料空間９１、貫通路３８ａ、燃料空間９０、燃料通路７８、燃料通路７３および絞り７２を経由して第１制御室２５に達し、第１ピストン２２は燃料圧力により噴孔閉塞方向の力を受ける。第１ピストン２２の受圧面積は、ニードル２１が燃料溜まり５６において燃料圧力により噴孔開放方向の力を受ける受圧面積よりも大きく設定されている。従って、ニードル２１は弁座１２ａに着座し噴孔は閉塞されるので燃料は噴射されない。
【００３０】
（２）圧電素子３０に電圧を印加して圧電素子３０が延びると、圧電素子３０と共に油圧ピストン３１が図１の下方に移動する。圧電素子３０の延び量および油圧ピストン３１の移動量をＬ、油圧ピストン３１の断面積をＡｈｌ、油圧ピストン３４の断面積をＡｈｓとすると、油圧ピストン３４は圧電素子３０により図１の下方に（Ｌ×Ａｈｌ／Ａｈｓ）だけ移動するように駆動される。油圧ピストン３４のロッド３５は制御弁３７に当接しているので、圧電素子３０が図１の下方にＬ延びると、制御弁３７も図１の下方に（Ｌ×Ａｈｌ／Ａｈｓ）だけ移動するように駆動される。
【００３１】
以下に、圧電素子３０に電圧を印加した場合の各部の作動について詳しく説明する。図３（Ａ）〜（Ｆ）には圧電素子３０への印加電圧とニードル２１のリフト、および各部の圧力のタイムチャートを示す。図４には圧電素子３０への印加電圧の切替え状態に応じた、インジェクタ１内における各燃料通路の連通状態を示す。図４において、ａはニードル２１のリフトがリフト量Ｈ１、ｂはニードル２１のリフトがリフト量Ｈ２、ｃはニードル２１のリフトがリフト量０（無噴射時）を示す。なお、下記の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図３における横軸（時間経過）の各タイミングの（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応している。さらに、下記の（ａ）、（ｂ）は、図４のａ、ｂに対応している。
【００３２】
（ａ）圧電素子３０に電圧を印加することにより圧電素子３０が延び、制御弁３７が弁座１６ａから離座し、さらに制御弁３７が制御弁３８に当接して貫通部３８ａを閉塞し、さらに制御弁３７と制御弁３８が一体となって図１の下方に移動し燃料通路６１の開口部６１ａは開放され、燃料通路６１は燃料空間９１と連通する。この状態において、第１制御室２５は絞り７２、燃料通路７３、燃料通路７８、燃料空間９０、燃料空間９２、燃料通路７９を介して低圧側燃料通路６３に連通するので第１制御室２５の燃料圧力は低下する。第１ピストン２２に燃料圧力により作用する噴孔閉塞方向の力が減少するので、ニードル２１においては噴孔閉塞方向の力より噴孔開放方向の力が大きくなりニードル２１がリフトして燃料が噴射される。第１ピストン２２がリフト量Ｈ１だけリフトして第２ピストン２３に当接する。この時点において、ニードル２１に作用する噴孔閉塞方向の力は、第２ピストン２３に作用する第１制御室２５の燃料圧力による図１の下向きの力およびスプリング１５による力である。一方、ニードル２１に作用する噴孔開放方向の力は、第２ピストン２３に作用する第２制御室２６の燃料圧力による図１の上向きの力およびニードル２１が燃料溜まり５６における高圧燃料圧力により受ける力である。ここで、第２ピストン２３に作用する第１制御室２５の燃料圧力による図１の下向きの力が、第２ピストン２３に作用する第２制御室２６の燃料圧力による図１の上向きの力およびニードル２１が燃料溜まり５６における高圧燃料圧力により受ける力より大きくなるように、第２ピストン２３の第１制御室２５側受圧面積と第２ピストン２３の第２制御室２６側受圧面積を設定してあるので、ニードル２１はリフト量Ｈ１だけリフトして停止する。
【００３３】
（ｂ）圧電素子３０に印加する電圧を上記（ａ）よりも低下させ制御弁３７の移動量（Ｌ×Ａｈｌ／Ａｈｓ）を小さくすると、制御弁３７は、制御弁３８に当接し、かつ制御弁３８がバルブボディ１６の端面１６ｂに当接する位置に移動する。すると、第１制御室２５は、燃料空間９０、燃料空間９２、燃料通路７９を介して低圧側燃料通路６３と連通するので第１制御室２５内燃料圧力は低下する。一方、第２制御室２６は、燃料通路７７の燃料空間９１側出口７７ａが制御弁３８により閉塞されると共に高圧側燃料通路５４より燃料通路７５を介して高圧燃料が供給されるので、第２制御室２６内燃料圧力は高圧になる。従って、第２ピストン２３を上向きに押す力が大きくなり、第１ピストン２２と離れて図１の上方へ移動する。すると、ニードル２１の噴孔閉塞方向に作用する力が上記（ａ）の場合より低下しニードル２１はさらにリフトする。ニードル２１は、ニードル２１の段部２１ａがチップパッキン１３の弁ボディ１２側端部１３ａに当接するまでリフト量Ｈ２だけリフトする。
【００３４】
（ｃ）燃料噴射中に圧電素子３０に印加する電圧を変更することにより、図３（ｃ）に示すように、燃料噴射中に噴射率を変更することができる。
【００３５】
（３）所定時間が経過し圧電素子３０への通電を遮断すると、圧電素子３０は図１に示す状態まで収縮する。すると、油圧ピストン３４がスプリング３６の付勢力により図１の上方に移動する。この時、燃料空間９１は高圧側燃料通路５３から絞り７３、燃料通路７１を介して供給される高圧燃料により高圧になっているので、制御弁３７は、制御弁３８の貫通孔３８ａから受ける燃料圧力により上昇しバルブホルダ１６の弁座１６ａに着座する。すると、燃料空間９０内燃料圧力も高圧になる。従って、第１制御室２５は絞り７２、燃料通路７３、燃料通路７８、燃料空間９０、燃料空間９１、燃料通路７１、絞り７０を介して高圧側燃料通路５３に連通しする。このため、第１制御室２５内燃料圧力は高圧となり第１ピストン２２およびニードル２１が噴孔閉塞方向に付勢され、ニードル２１が噴孔を閉塞し燃料噴射が終了する。また、第１制御室２５内燃料圧力および第２制御室２６内燃料圧力は共に高圧となり、第２ピストン２３に作用する噴孔閉塞方向および噴孔開放方向の力は等しくなる。従って、第２ピストン２３はスプリング２４の付勢力により噴孔閉塞方向に移動して初期位置に復帰する。
【００３６】
以上説明した本発明の実施の形態においては、圧電素子に電圧を段階的に印加することにより、燃料圧力の高低にかかわらず自由に、ニードル２１のリフト量を段階的に高精度に制御できる。従って、任意の噴射率を高精度に実現できる。
【００３７】
また、本実施の形態においては、圧電素子３０の伸縮により制御弁３７および制御弁３８を駆動しているので、コイルに通電して発生する磁力により制御弁を駆動する場合に比べ、インジェクタ１の弁部２の開閉応答性が向上できる。従って、燃料噴射時期および燃料噴射量を高精度に制御できる。
【００３８】
また、本実施の形態においては、ニードル２１に当接している第１ピストン２２は、第２ピストンに摺動自在に保持されている。このため、インジェクタ１の軸方向長さを短縮して小型化することができる。
【００３９】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態による燃料噴射装置であるインジェクタ１を図５に示す。また、インジェクタ１の部分的拡大断面を図６に示す。なお、第１の実施形態と実質的に同一構成部分には同一番号を付し説明を省略する。
【００４０】
本発明の第２の実施形態においては、第１ピストン２２と第２ピストン２３との間に第１制御室２５を配置し、第２ピストン２３の第１制御室２５と反対側に第２制御室２６が形成されている。本構成にすることにより、第１ピストン２２と第２ピストン２３の受圧面積差を大きくすることができるため、ニードル２１のリフト量の制御が確実に実施可能となる。
【００４１】
次に、インジェクタ１の作動について説明する。図７（Ａ）〜（Ｆ）には圧電素子３０への印加電圧とニードル２１のリフト、および各部の圧力のタイムチャートを示す。
【００４２】
（１）圧電素子３０に電圧を印加していない状態では、油圧ピストン３４は図６に示す位置にある。制御弁３８はスプリング３９の付勢力により第１バルブホルダ１６の端面１６ｂに当接している。燃料空間９１には燃料通路５３から高圧燃料が供給され、この高圧燃料は制御弁３８の貫通孔３８ａを経由して制御弁３７に達する。一方、制御弁３７が第１バルブホルダ１６の弁座１６ａから離れている場合、燃料空間９０は燃料空間９２を介して低圧側燃料通路６３に連通しており低圧である。そのため、制御弁３７は燃料空間９１内の燃料圧力により図２の上方へ押上げられて第１バルブホルダ１６の弁座１６ａに着座し燃料空間９０内圧力は燃料空間９１と同様に高圧になる。この状態では、高圧燃料が燃料通路５３、絞り７０、燃料通路７１、燃料空間９１、貫通路３８ａ、燃料空間９０、燃料通路７８、燃料通路７３、絞り７２および燃料通路８２を経由して第１制御室２５に達し、第１ピストン２２は燃料圧力により噴孔閉塞方向の力を受ける。第１ピストン２２の受圧面積は、ニードル２１が燃料溜まり５６において噴孔開放方向の力を受ける受圧面積よりも大きく設定されている。従って、ニードル２１は弁座１２ａに着座し噴孔は閉塞されるので燃料は噴射されない。
【００４３】
（２）次に、圧電素子３０に電圧を印加した場合の各部の作動について説明する。下記の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図７における横軸（時間経過）の各タイミングの（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応している。
【００４４】
（ａ）圧電素子３０に電圧を印加すると圧電素子３０が延び、制御弁３７は弁座１６ａから離座し、さらに制御弁３７は制御弁３８に当接して制御弁３８の貫通孔３８ａが閉塞される。すると、燃料空間９０は、高圧燃料の供給が断たれると共に燃料空間９２および燃料通路７９を介して低圧側の燃料通路６３に連通する。このため、第１制御室２５も低圧側の燃料通路６３と連通するので第１制御室２５内燃料圧力は低下する。従って、第１ピストン２２に燃料圧力により作用する噴孔閉塞方向の力が減少するので、ニードル２１においては、噴孔閉塞方向の力より噴孔開放方向の力が大きくなり、ニードル２１がリフトして燃料が噴射される。第１ピストン２２がリフト量Ｈ１だけリフトして第２ピストン２３に当接する。ところで、第２制御室２６は、燃料通路７７の燃料空間９１側出口７７ａが制御弁３８により閉塞されると共に、高圧燃料通路５４よりオリフィス７４および燃料通路７５を経由して高圧燃料が供給されるので、第２制御室２６内燃料圧力は高圧である。第２ピストンに燃料圧力により作用する噴孔閉塞方向の力は、ニードル２１に作用する噴孔開放方向の力より大きいため、ニードル２１はリフト量Ｈ１だけリフトして停止する。
【００４５】
（ｂ）上記（ａ）の場合よりも高い電圧を圧電素子３０に印加すると、制御弁３７は制御弁３８に当接して貫通部３８ａを閉塞し、さらに制御弁３７と制御弁３８が一体となって図６の下方に移動する。すると、燃料通路７７の制御弁３８側開口部７７ａが開放され、第２制御室２６はオリフィス８１および燃料通路７７を経由して燃料空間９０と連通する。従って、第１制御室２５と第２制御室２６は燃料空間９０、燃料空間９２および燃料通路７９を介して低圧側の燃料通路６３と連通するので、第１制御室２５および第２制御室２６内燃料圧力は低下する。すると、ニードル２１に噴孔閉塞方向に作用する力が上記（ａ）よりも低下しニードル２１はリフト量Ｈ２までリフトして停止する。
【００４６】
（ｃ）燃料噴射中に圧電素子３０に印加する電圧を変更することによりニードル２１のリフトを変更することができる。つまり、噴射率を変更することができる。
【００４７】
（３）所定時間が経過し圧電素子３０への通電を遮断すると、圧電素子３０は図５に示す状態まで収縮する。すると、油圧ピストン３４がスプリング３６の付勢力により図５の上方に移動する。この時、燃料空間９１には高圧側燃料通路５３から絞り７３、燃料通路７１を介して高圧燃料が供給されている。制御弁３７は、制御弁３８の貫通孔３８ａから受ける燃料圧力により上昇しバルブホルダ１６の弁座１６ａに着座する。すると、燃料空間９０内燃料圧力も高圧になる。従って、第１制御室２５は燃料通路８２、絞り７２、燃料通路７３、燃料通路７８、燃料空間９０、燃料空間９１、燃料通路７１および絞り７０を経由して高圧側燃料通路５３に連通し、第１制御室２５内燃料圧力は高圧となる。このため、第１ピストン２２に作用する噴孔閉塞方向の力が大きくなり、ニードル２１が噴孔閉塞方向に付勢され弁座１２ａに着座して燃料噴射が終了する。また、燃料通路７７の制御弁３８側開口部７７ａが制御弁３８により閉塞されるので第２制御室２６内燃料圧力は高圧となる。この時、第２ピストン２３に燃料圧力により作用する噴孔閉塞方向および噴孔開放方向の力は等しくなる。従って、第２ピストン２３はスプリング２４の付勢力により噴孔閉塞方向に移動して初期位置に復帰する。
【００４８】
第２の実施形態の構成によれば、ニードル２１のリフト量をＨ１で停止させる場合において、第２ピストン２３に作用する噴孔閉塞方向の力を大きくすることができるので、確実にリフト量を制御することが可能になる。
【００４９】
また、第２の実施形態では、第２ピストン２３および第１ピストン２２共に全断面積が受圧面積となるので、上記の確実な作動に必要な第２ピストン２３と第１ピストン２２の受圧面積差を設定した場合、第２ピストン２３と第１ピストン２２の直径差を小さくできるので、インジェクタ１の外径を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるインジェクタの全体断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるインジェクタの部分拡大断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の段階的ニードルリフトを実現するタイムチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態によるインジェクタの模式的断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態によるインジェクタの全体断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態によるインジェクタの部分拡大断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の段階的ニードルリフトを実現するタイムチャートである。
【符号の説明】
１インジェクタ
２弁部
１１ハウジング
１２弁ボディ
１２ａ弁座
１２ｂ噴孔
１３チップパッキン
１５スプリング
２１ニードル
２２第１ピストン
２３第２ピストン
２４スプリング
２５第１制御室
２６第２制御室
３０圧電素子
３１油圧ピストン
３４油圧ピストン
３７制御弁
３８制御弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection device used for an engine.
[0002]
[Prior art]
In order to achieve high output and low fuel consumption while reducing the amount of harmful substances (eg, NOx, HC, black smoke, fine particles) in the exhaust gas in the engine, the injection rate is always optimally controlled according to the engine operating conditions. There is a need. For this purpose, a technique has been proposed in which the nozzle needle valve lift is changed by the fuel pressure to make the injection rate variable.
[0003]
For example, a two-stage valve opening pressure nozzle configured with two springs so as to bias a needle valve at a predetermined needle valve lift interval is known. According to this technique, the needle valve lifts according to the fuel pressure pumped from the fuel injection pump. However, since the fuel pressure pumped from the fuel injection pump to the fuel injection device varies depending on the operating state of the engine, it has been difficult to achieve the optimum injection rate required by the engine in all operating states.
[0004]
Therefore, there is known a fuel injection device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-326619 that includes a control chamber that applies fuel pressure to the needle valve in the direction of closing the nozzle hole. The needle is determined by the magnitude relationship between the force received in the nozzle opening direction by the fuel pressure introduced into the fuel reservoir of the nozzle, the force received from the fuel pressure in the control chamber in the nozzle hole closing direction, and the force received from the spring in the nozzle hole closing direction. The valve lift is controlled. Even if the fuel pressure fluctuates depending on the operating state of the engine, the control valve pressure is controlled to control the opening / closing timing of the needle valve with high accuracy. In addition, the needle valve is lifted stepwise by controlling the lift of the electromagnetically driven control valve provided at the low pressure passage side outlet of the control chamber in two steps to change the fuel pressure in the control chamber, The desired injection rate is being obtained.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the configuration of the conventional fuel injection device as described above, the needle valve lifts in accordance with the magnitude relationship between the pressure change in the control chamber, the spring, and the fuel pressure in the fuel reservoir, so that the control valve lifts in stages. However, the needle valve is not always lifted in stages like the control valve. Further, when the electromagnetic force changes due to a temperature change or the like, the lift characteristic of the control valve changes and the opening area characteristic of the control valve changes. In addition, a change in the pressure in the control chamber may become unstable due to a change in fuel characteristics such as viscosity, and the lift characteristics of the needle valve may change accordingly, resulting in an unstable injection rate. In addition, since a very small lift amount of the control valve is controlled, it is difficult to suppress variations among the fuel injection devices, and it is difficult to perform stable injection control with high accuracy.
[0006]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a fuel injection device capable of realizing an optimum injection rate with high accuracy in accordance with the operating state of the engine.
[0007]
In order to achieve the above object, according to the fuel injection device of claims 1, 2 and 3 of the present invention, the valve member is Fuel puddle The force received in the nozzle hole opening direction from the fuel pressure, the force received in the nozzle hole closing direction by the biasing means, Force received from the fuel pressure in the first control chamber in the nozzle hole closing direction and force received from the fuel pressure in the second control chamber in the nozzle hole opening direction In a configuration in which the lift amount of the valve member is controlled by the magnitude relationship with The force received from the fuel pressure in the first control chamber and the fuel pressure in the second control chamber By adopting a configuration that controls the lift of the needle valve in stages by changing the force in stages, a desired injection rate can be obtained over the entire engine operating conditions. The each Switching means is provided at the low pressure passage side outlet of the control room. Then, the fuel pressure in each control chamber is controlled to be high or low by the switching means, and the force acting on the valve member in the nozzle hole closing direction is changed stepwise. This acts on the valve member Four Force, that is, the force received from the fuel pressure in the nozzle hole opening direction, the force received from the biasing means in the nozzle hole closing direction, Force received from the fuel pressure in the first control chamber in the nozzle hole closing direction and force received from the fuel pressure in the second control chamber in the nozzle hole opening direction Therefore, the lift amount of the valve member can be controlled stepwise and the opening / closing timing of the valve member can be controlled. Regardless of the fuel pressure introduced into the fuel injection device, the lift amount and the opening / closing timing of the valve member act on the valve member described above. Four Force, that is, the force received from the fuel pressure in the nozzle hole opening direction, and the force received from the biasing means in the nozzle hole closing direction The force received from the fuel pressure in the first control chamber in the nozzle hole closing direction and the force received from the fuel pressure in the second control chamber in the nozzle hole opening direction It can be controlled by changing the size relationship. Therefore, a desired fuel injection rate can be obtained in the entire operation region of the engine.
[0008]
Claims of the invention 1 According to the fuel injection device described in the above, the switching means is constituted by a plurality of valve bodies, and can be operated in cooperation with other valve bodies in accordance with the amount of movement of the electrically driven valve body. The chamber pressure can be reliably controlled. Further, since the switching means is driven by an electric force, the operation of the switching means can be controlled with high accuracy, and the fuel injection rate can be controlled with high accuracy.
[0009]
Claims of the invention 4 According to the fuel injection device described in (1), since the switching means is driven by the piezoelectric element, the movement of the switching means can be controlled with high accuracy, and the fuel injection rate can be controlled with high accuracy.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
(First embodiment)
FIG. 1 shows an injector 1 which is a fuel injection device according to a first embodiment of the present invention. A partially enlarged cross section of the injector 1 is shown in FIG. In each figure, the same reference numerals are given to the same components.
[0012]
The injector 1 is inserted and fixed to a cylinder head of an engine (not shown), and is configured to inject fuel directly into each cylinder of the engine. The high-pressure fuel discharged from the fuel injection pump is supplied to the injector 1 via a fuel supply pipe (not shown). The fuel injection pump adjusts the discharge pressure according to the engine speed, load, intake air amount, and the like.
[0013]
The housing 11 and the valve body (valve element) 12 of the injector 1 are fastened by a retaining nut 14 with a tip packing 13, a first valve holder 16, and a second valve holder 17 interposed therebetween. The valve member 20 includes a needle 21, a first piston (first transmission member) 22, and a second piston (second transmission member) 23 from the nozzle hole 12b side.
[0014]
High-pressure fuel supplied from a fuel injection pump (not shown) is formed in the fuel inflow passage 50 formed in the housing 11, the fuel passage 51, the fuel passage 52 formed in the first valve holder 16, and the second valve holder 17. A valve formed by the needle 21 and the valve seat 12a through a fuel passage 53, a fuel passage 54 formed in the tip packing 13, a fuel passage 55 formed in the valve body 12, and a fuel passage 57 around the needle 21 from a fuel reservoir 56. Part 2 is reached. On the other hand, leaked fuel from the gap between the valve body 12 and the needle 21 is formed in the fuel passage 60 formed in the tip packing 13, the fuel passage 61 formed in the second valve holder 17, and the first valve holder 16. The fuel is discharged to a fuel tank (not shown) via the fuel passage 62 and the fuel passage 63 formed in the housing 11.
[0015]
The needle 21 is supported by the valve body 12 so as to be reciprocally movable. The needle 21 is biased by a spring (biasing means) 15 to a valve seat 12 a formed on the valve body 12. The spring 15 is accommodated in the tip packing 13.
[0016]
A recess 13 a is provided at the end of the tip packing 13 on the side opposite to the valve body 12. The second piston 23 is held in the recess 13a so as to be reciprocally movable. Here, the recess 13a is divided into a valve body 12 side and a countervalve body 12 side by a second piston 23, a second control chamber 26 is provided on the valve body 12 side, and a first is provided on the countervalve body 12 side. A control room 25 is formed.
[0017]
The second piston 23 is provided with a bottomed hole portion 23b that opens to the end surface 23a on the valve body 12 side, and a step portion 23c is provided on the outer periphery of the end surface 23a on the valve body 12 side. Further, a hole 23f having a diameter smaller than the hole 23b is provided in the bottom 23d of the hole 23b of the second piston 23 so as to open to the end face 23e on the counter valve body 12 side.
[0018]
The first piston 22 is reciprocally held in the hole 23 b of the second piston and the tip packing 13, and its valve body 12 side end is in contact with the needle 21.
[0019]
The first control chamber 25 communicates with the fuel space 90 around the control valve 37 via the throttle 72 and the fuel passage 73. A spring 16 is disposed in the first control chamber and urges the second piston 23 toward the valve body 12 (downward in FIG. 1).
[0020]
The second control chamber 26 communicates with the fuel space 91 around the control valve 38 via the fuel passage 76 and the fuel passage 77.
[0021]
The piezoelectric element 30 is electrically connected to a pin 41 embedded in the connector 40. When a voltage is applied to the piezoelectric element 30, the piezoelectric element 30 extends downward in FIG. As the applied voltage increases, the amount of extension of the piezoelectric element increases.
[0022]
One end of the hydraulic piston 31 is in contact with the piezoelectric element 30, and the other end is in contact with the disc spring 32. The disc spring 32 is in contact with the spring seat 33 and urges the hydraulic piston 31 toward the piezoelectric element 30. The hydraulic piston 34 is biased toward the hydraulic piston 31 by a spring 36. The rod 35 of the hydraulic piston 34 is in contact with the control valve 37.
[0023]
The control valve 37 is accommodated in the first valve holder 16 so as to be reciprocally movable. The first valve holder 16 is provided with a valve seat 16 a for the control valve 37.
[0024]
The control valve 38 is accommodated in the second valve holder 17 so as to be reciprocally movable. The control valve 38 is provided with a through hole 38a in the vertical direction of FIG. The spring 39 urges the control valve 38 toward the end face 16 b of the first valve holder 16 on the valve body 12 side.
[0025]
As shown in FIG. 2, the fuel space 90 formed around the control valve 37 communicates with the first control chamber 25 via the fuel passage 78, the fuel passage 73 and the throttle 72 regardless of the position of the control valve 37. is doing.
[0026]
High pressure fuel is supplied to the fuel space 91 formed around the control valve 38 from the fuel passage 53 through the throttle 70 and the fuel passage 71 regardless of the position of the control valve 38. Further, the fuel space 91 communicates with the second control chamber 26 via the fuel passage 77 and the fuel passage 76. The opening 77 a on the fuel space 91 side of the fuel passage 77 is closed by the control valve 38 when the control valve 38 is in contact with the end face 16 b of the first valve holder 16.
[0027]
A fuel space 92 around the rod 35 communicates with a fuel passage 63 on the low pressure side through a fuel passage 79.
[0028]
Next, the operation of the injector 1 will be described.
[0029]
(1) In a state where no voltage is applied to the piezoelectric element 30, the hydraulic piston 34 is in the position shown in FIG. The control valve 38 is in contact with the end face 16 b of the first valve holder 16 by the biasing force of the spring 39. High pressure fuel is supplied from the fuel passage 53 to the fuel space 91, and the high pressure fuel reaches the control valve 37 via the through hole 38 a of the control valve 38. On the other hand, when the control valve 37 is away from the valve seat 16 a of the first valve holder 16, the fuel space 90 communicates with the low pressure side fuel passage 63 via the fuel space 92 and has a low pressure. Therefore, the control valve 37 is pushed upward in FIG. 2 by the fuel pressure in the fuel space 91 and comes into contact with the valve seat 16 a of the first valve holder 16, and the pressure in the fuel space 90 becomes high as in the fuel space 91. Become. In this state, high-pressure fuel enters the first control chamber 25 via the fuel passage 53, the throttle 70, the fuel passage 71, the fuel space 91, the through passage 38 a, the fuel space 90, the fuel passage 78, the fuel passage 73, and the throttle 72. The first piston 22 receives a force in the nozzle hole closing direction due to the fuel pressure. The pressure receiving area of the first piston 22 is set to be larger than the pressure receiving area where the needle 21 receives the force in the nozzle hole opening direction due to the fuel pressure in the fuel reservoir 56. Accordingly, the needle 21 is seated on the valve seat 12a and the injection hole is closed, so that fuel is not injected.
[0030]
(2) When a voltage is applied to the piezoelectric element 30 and the piezoelectric element 30 extends, the hydraulic piston 31 moves together with the piezoelectric element 30 downward in FIG. If the extension amount of the piezoelectric element 30 and the movement amount of the hydraulic piston 31 are L, the cross-sectional area of the hydraulic piston 31 is Ahl, and the cross-sectional area of the hydraulic piston 34 is Ahs, the hydraulic piston 34 is moved downward in FIG. L × Ahl / Ahs). Since the rod 35 of the hydraulic piston 34 is in contact with the control valve 37, when the piezoelectric element 30 extends L downward in FIG. 1, the control valve 37 also moves downward (L × Ahl / Ahs) in FIG. Driven by.
[0031]
Hereinafter, the operation of each part when a voltage is applied to the piezoelectric element 30 will be described in detail. 3A to 3F show time charts of the voltage applied to the piezoelectric element 30, the lift of the needle 21, and the pressure of each part. FIG. 4 shows a communication state of each fuel passage in the injector 1 in accordance with a switching state of a voltage applied to the piezoelectric element 30. In FIG. 4, a indicates the lift amount H1 of the lift of the needle 21, b indicates the lift amount H2 of the needle 21, and c indicates the lift amount 0 (no injection) of the needle 21. The following (a), (b), and (c) correspond to (a), (b), and (c) of each timing on the horizontal axis (time passage) in FIG. Further, the following (a) and (b) correspond to a and b in FIG.
[0032]
(A) When a voltage is applied to the piezoelectric element 30, the piezoelectric element 30 extends, the control valve 37 is separated from the valve seat 16a, and the control valve 37 contacts the control valve 38 to close the through portion 38a. Further, the control valve 37 and the control valve 38 are integrally moved downward in FIG. 1, the opening 61 a of the fuel passage 61 is opened, and the fuel passage 61 communicates with the fuel space 91. In this state, the first control chamber 25 communicates with the low-pressure side fuel passage 63 via the throttle 72, the fuel passage 73, the fuel passage 78, the fuel space 90, the fuel space 92, and the fuel passage 79. The fuel pressure decreases. Since the force in the nozzle hole closing direction acting on the first piston 22 due to the fuel pressure decreases, the force in the nozzle hole opening direction becomes larger than the force in the nozzle hole closing direction in the needle 21, and the needle 21 lifts to inject fuel. Is done. The first piston 22 is lifted by the lift amount H1 and comes into contact with the second piston 23. At this time, the force in the nozzle hole closing direction acting on the needle 21 is the downward force in FIG. 1 due to the fuel pressure in the first control chamber 25 acting on the second piston 23 and the force due to the spring 15. On the other hand, the force in the nozzle hole opening direction acting on the needle 21 is received by the upward force in FIG. 1 due to the fuel pressure in the second control chamber 26 acting on the second piston 23 and the high pressure fuel pressure in the fuel reservoir 56 on the needle 21. It is power. Here, the downward force in FIG. 1 due to the fuel pressure in the first control chamber 25 acting on the second piston 23 is the upward force in FIG. 1 due to the fuel pressure in the second control chamber 26 acting on the second piston 23 and The pressure receiving area on the first control chamber 25 side of the second piston 23 and the pressure receiving area on the second control chamber 26 side of the second piston 23 are set so that the needle 21 is larger than the force received by the high pressure fuel pressure in the fuel reservoir 56. Therefore, the needle 21 is lifted by the lift amount H1 and stopped.
[0033]
(B) When the voltage applied to the piezoelectric element 30 is decreased below (a) and the movement amount (L × Ahl / Ahs) of the control valve 37 is reduced, the control valve 37 comes into contact with the control valve 38 and is controlled. The valve 38 moves to a position where it abuts against the end surface 16b of the valve body 16. Then, the first control chamber 25 communicates with the low-pressure side fuel passage 63 via the fuel space 90, the fuel space 92, and the fuel passage 79, so the fuel pressure in the first control chamber 25 decreases. On the other hand, in the second control chamber 26, the fuel space 91 outlet 77a of the fuel passage 77 is closed by the control valve 38 and high pressure fuel is supplied from the high pressure fuel passage 54 via the fuel passage 75. The fuel pressure in the control chamber 26 becomes high. Accordingly, the force that pushes the second piston 23 upward increases and moves away from the first piston 22 in the upward direction of FIG. Then, the force acting in the nozzle hole closing direction of the needle 21 is lower than in the case (a), and the needle 21 is further lifted. The needle 21 is lifted by a lift amount H2 until the stepped portion 21a of the needle 21 contacts the valve body 12 side end portion 13a of the tip packing 13.
[0034]
(C) By changing the voltage applied to the piezoelectric element 30 during fuel injection, the injection rate can be changed during fuel injection as shown in FIG.
[0035]
(3) When the energization to the piezoelectric element 30 is interrupted after a predetermined time has elapsed, the piezoelectric element 30 contracts to the state shown in FIG. Then, the hydraulic piston 34 moves upward in FIG. 1 by the urging force of the spring 36. At this time, since the fuel space 91 is at a high pressure by the high-pressure fuel supplied from the high-pressure side fuel passage 53 via the throttle 73 and the fuel passage 71, the control valve 37 receives the fuel received from the through hole 38 a of the control valve 38. It rises due to the pressure and is seated on the valve seat 16a of the valve holder 16. Then, the fuel pressure in the fuel space 90 also becomes high. Accordingly, the first control chamber 25 communicates with the high-pressure side fuel passage 53 via the throttle 72, the fuel passage 73, the fuel passage 78, the fuel space 90, the fuel space 91, the fuel passage 71, and the throttle 70. For this reason, the fuel pressure in the first control chamber 25 becomes high, and the first piston 22 and the needle 21 are urged in the injection hole closing direction, the needle 21 closes the injection hole, and the fuel injection ends. The fuel pressure in the first control chamber 25 and the fuel pressure in the second control chamber 26 are both high, and the forces in the nozzle hole closing direction and the nozzle hole opening direction acting on the second piston 23 are equal. Accordingly, the second piston 23 is moved in the injection hole closing direction by the urging force of the spring 24 and returns to the initial position.
[0036]
In the embodiment of the present invention described above, by applying a voltage stepwise to the piezoelectric element, the lift amount of the needle 21 can be controlled stepwise and with high accuracy regardless of the fuel pressure level. Therefore, an arbitrary injection rate can be realized with high accuracy.
[0037]
Further, in the present embodiment, since the control valve 37 and the control valve 38 are driven by the expansion and contraction of the piezoelectric element 30, the injector 1 is compared with the case where the control valve is driven by the magnetic force generated by energizing the coil. The open / close response of the valve unit 2 can be improved. Therefore, the fuel injection timing and the fuel injection amount can be controlled with high accuracy.
[0038]
In the present embodiment, the first piston 22 in contact with the needle 21 is slidably held by the second piston. For this reason, the axial length of the injector 1 can be shortened and miniaturized.
[0039]
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows an injector 1 that is a fuel injection device according to a second embodiment of the present invention. Moreover, the partially expanded cross section of the injector 1 is shown in FIG. In addition, the same number is attached | subjected to the substantially same component as 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted.
[0040]
In the second embodiment of the present invention, the first control chamber 25 is disposed between the first piston 22 and the second piston 23, and the second control is performed on the opposite side of the second piston 23 from the first control chamber 25. A chamber 26 is formed. By adopting this configuration, the pressure receiving area difference between the first piston 22 and the second piston 23 can be increased, so that the lift amount of the needle 21 can be reliably controlled.
[0041]
Next, the operation of the injector 1 will be described. 7A to 7F show time charts of the voltage applied to the piezoelectric element 30, the lift of the needle 21, and the pressure of each part.
[0042]
(1) In a state where no voltage is applied to the piezoelectric element 30, the hydraulic piston 34 is in the position shown in FIG. The control valve 38 is in contact with the end face 16 b of the first valve holder 16 by the biasing force of the spring 39. High pressure fuel is supplied from the fuel passage 53 to the fuel space 91, and the high pressure fuel reaches the control valve 37 via the through hole 38 a of the control valve 38. On the other hand, when the control valve 37 is away from the valve seat 16 a of the first valve holder 16, the fuel space 90 communicates with the low pressure side fuel passage 63 via the fuel space 92 and has a low pressure. Therefore, the control valve 37 is pushed upward in FIG. 2 by the fuel pressure in the fuel space 91 and is seated on the valve seat 16 a of the first valve holder 16, and the pressure in the fuel space 90 becomes high as in the fuel space 91. . In this state, the high pressure fuel passes through the fuel passage 53, the throttle 70, the fuel passage 71, the fuel space 91, the through passage 38 a, the fuel space 90, the fuel passage 78, the fuel passage 73, the throttle 72, and the fuel passage 82. The control chamber 25 is reached, and the first piston 22 receives a force in the nozzle hole closing direction by the fuel pressure. The pressure receiving area of the first piston 22 is set to be larger than the pressure receiving area where the needle 21 receives the force in the nozzle hole opening direction in the fuel reservoir 56. Accordingly, the needle 21 is seated on the valve seat 12a and the injection hole is closed, so that fuel is not injected.
[0043]
(2) Next, the operation of each part when a voltage is applied to the piezoelectric element 30 will be described. The following (a), (b), and (c) correspond to (a), (b), and (c) of each timing on the horizontal axis (time passage) in FIG.
[0044]
(A) When a voltage is applied to the piezoelectric element 30, the piezoelectric element 30 extends, the control valve 37 is separated from the valve seat 16 a, and the control valve 37 contacts the control valve 38 to close the through hole 38 a of the control valve 38. Is done. Then, the fuel space 90 is cut off from the supply of high-pressure fuel and communicates with the fuel passage 63 on the low-pressure side via the fuel space 92 and the fuel passage 79. For this reason, the first control chamber 25 also communicates with the fuel passage 63 on the low pressure side, so the fuel pressure in the first control chamber 25 decreases. Accordingly, since the force in the nozzle hole closing direction acting on the first piston 22 due to the fuel pressure is reduced, in the needle 21, the force in the nozzle hole opening direction is larger than the force in the nozzle hole closing direction, and the needle 21 is lifted. Fuel is injected. The first piston 22 is lifted by the lift amount H1 and comes into contact with the second piston 23. By the way, in the second control chamber 26, the fuel space 91 outlet 77 a of the fuel passage 77 is closed by the control valve 38, and high-pressure fuel is supplied from the high-pressure fuel passage 54 via the orifice 74 and the fuel passage 75. Therefore, the fuel pressure in the second control chamber 26 is high. Since the force in the nozzle hole closing direction acting on the second piston due to the fuel pressure is larger than the force in the nozzle hole opening direction acting on the needle 21, the needle 21 is lifted and stopped by the lift amount H1.
[0045]
(B) When a voltage higher than that in the case of (a) is applied to the piezoelectric element 30, the control valve 37 contacts the control valve 38 to close the through portion 38a, and the control valve 37 and the control valve 38 are integrated. And moves downward in FIG. Then, the control valve 38 side opening 77 a of the fuel passage 77 is opened, and the second control chamber 26 communicates with the fuel space 90 via the orifice 81 and the fuel passage 77. Accordingly, the first control chamber 25 and the second control chamber 26 communicate with the low-pressure side fuel passage 63 via the fuel space 90, the fuel space 92, and the fuel passage 79. The internal fuel pressure decreases. Then, the force acting on the needle 21 in the nozzle hole closing direction is lower than the above (a), and the needle 21 is lifted to the lift amount H2 and stopped.
[0046]
(C) The lift of the needle 21 can be changed by changing the voltage applied to the piezoelectric element 30 during fuel injection. That is, the injection rate can be changed.
[0047]
(3) When the energization to the piezoelectric element 30 is interrupted after a predetermined time has elapsed, the piezoelectric element 30 contracts to the state shown in FIG. Then, the hydraulic piston 34 moves upward in FIG. 5 by the urging force of the spring 36. At this time, high pressure fuel is supplied to the fuel space 91 from the high pressure side fuel passage 53 through the throttle 73 and the fuel passage 71. The control valve 37 is raised by the fuel pressure received from the through hole 38 a of the control valve 38 and is seated on the valve seat 16 a of the valve holder 16. Then, the fuel pressure in the fuel space 90 also becomes high. Accordingly, the first control chamber 25 communicates with the high pressure side fuel passage 53 via the fuel passage 82, the throttle 72, the fuel passage 73, the fuel passage 78, the fuel space 90, the fuel space 91, the fuel passage 71 and the throttle 70, The fuel pressure in the first control chamber 25 is high. For this reason, the force in the nozzle hole closing direction acting on the first piston 22 is increased, the needle 21 is urged in the nozzle hole closing direction and is seated on the valve seat 12a, and the fuel injection is completed. Further, since the control valve 38 side opening 77a of the fuel passage 77 is closed by the control valve 38, the fuel pressure in the second control chamber 26 becomes high. At this time, the force in the nozzle hole closing direction and the nozzle hole opening direction acting on the second piston 23 by the fuel pressure becomes equal. Accordingly, the second piston 23 is moved in the injection hole closing direction by the urging force of the spring 24 and returns to the initial position.
[0048]
According to the configuration of the second embodiment, when the lift amount of the needle 21 is stopped at H1, the force in the nozzle hole closing direction acting on the second piston 23 can be increased. It becomes possible to control.
[0049]
In the second embodiment, since the entire cross-sectional area of both the second piston 23 and the first piston 22 is the pressure receiving area, the pressure receiving area difference between the second piston 23 and the first piston 22 necessary for the above-described reliable operation. Since the difference in diameter between the second piston 23 and the first piston 22 can be reduced, the outer diameter of the injector 1 can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall cross-sectional view of an injector according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of the injector according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a time chart for realizing stepwise needle lift according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an injector according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an overall sectional view of an injector according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view of an injector according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a time chart for realizing stepwise needle lift according to the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Injector
2 Valve
11 Housing
12 Valve body
12a Valve seat
12b nozzle hole
13 Chip packing
15 Spring
21 Needle
22 First piston
23 Second piston
24 Spring
25 First control room
26 Second control room
30 Piezoelectric elements
31 Hydraulic piston
34 Hydraulic piston
37 Control valve
38 Control valve

Claims

A valve member for opening and closing the nozzle hole, and a valve seat on the fuel upstream side of the nozzle hole, the valve member seating on the valve seat closes the nozzle hole, and the valve member is separated from the valve seat. A valve body that opens the nozzle hole by sitting, an urging means that urges the valve member in a closing direction, a control device that controls stepwise operation of raising the valve member, and the control device A fuel injection device comprising a high-pressure passage through which high-pressure fuel is introduced and a low-pressure passage through which high-pressure fuel is discharged, wherein the control device has a plurality of control chambers and the low-pressure passages of the plurality of control chambers Switching means for opening and closing the outlet on the side, having a first control chamber and a second control chamber as the plurality of control chambers, the first control chamber communicating with the switching means, the second control chamber being The switching means communicates with the high-pressure passage, and the switching means Serial first control chamber, and said second control chamber, wherein the communication with the high pressure passage and said low pressure passage, the force which the valve member by opening and closing is subject to the injection hole closed direction from the fuel pressure in the first control chamber of the switching means, The force that the valve member receives from the fuel pressure in the second control chamber in the nozzle hole opening direction, the force that the valve member receives in the nozzle hole closing direction by the urging means, and the valve member that is in the nozzle hole opening direction by the fuel pressure of the fuel reservoir The valve member is raised stepwise by switching the magnitude relationship with the force received by the switch, and the switching means is in contact with the first control valve driven by electrical means and the first control valve. And a second control valve that is driven integrally with the first control valve, and in one drive state of the electrical means, the first control valve moves to the first control chamber. The other drive of the electrical means in communication with the low pressure passage In this state, the first control valve moves to contact the second control valve, and the first control valve and the second control valve move together to form the first control chamber and the second control valve. 2. A fuel injection device , wherein the control chamber and the low-pressure passage communicate with each other .

The first control chamber and the second control chamber are formed by dividing one control chamber into two control chambers by a second transmission member slidably inserted therein. The fuel injection device according to claim 1.

The second transmission member is provided with a bottomed hole that opens to the nozzle side end surface, and the first transmission member is slidably held in the hole, and the bottom of the second transmission member is The fuel injection device according to claim 2, wherein a communication hole having a diameter communicating with the first control chamber and the hole is smaller than the hole.

The fuel injection device according to claim 1, wherein the electrical means is a piezoelectric element .