JP4131251B2 - Fuel injection device - Google Patents
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Description
本発明は、油圧を介して変位を伝達する油圧伝達装置および変位を拡大して伝達する油圧伝達装置に関する。これら装置は、例えば、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置において、燃料噴射を制御する制御弁の駆動部として好適に利用することができる。 The present invention relates to a hydraulic transmission device that transmits displacement via hydraulic pressure and a hydraulic transmission device that transmits displacement in an enlarged manner. These devices can be suitably used, for example, as a drive portion of a control valve that controls fuel injection in a common rail fuel injection device of a diesel engine.
ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置では、各気筒に共通のコモンレールを設けて高圧燃料を蓄圧し、所定のタイミングでインジェクタを駆動して各気筒に所定量の燃料を噴射するようになっている。コモンレール用のインジェクタとしては、ピエゾアクチュエータを駆動部に用いたピエゾインジェクタがあり、応答性が良いことから高度な燃料噴射制御が期待されている。ここで、ピエゾインジェクタの駆動部は、通常、ピエゾアクチュエータの変位を油圧を介して伝達する油圧伝達装置を備えており、また、ピエゾアクチュエータは変位が微小であることから、これを拡大して伝達する油圧伝達装置が提案されている。 In a common rail fuel injection device of a diesel engine, a common rail common to each cylinder is provided to accumulate high-pressure fuel, and an injector is driven at a predetermined timing to inject a predetermined amount of fuel into each cylinder. As a common rail injector, there is a piezo injector using a piezo actuator as a drive unit, and high fuel injection control is expected because of its high responsiveness. Here, the drive unit of the piezo injector is usually provided with a hydraulic transmission device that transmits the displacement of the piezo actuator via hydraulic pressure. Since the piezo actuator has a very small displacement, it is enlarged and transmitted. A hydraulic transmission device has been proposed.
変位を拡大して伝達する油圧伝達装置の従来技術として、例えば特許文献1〜3が知られ、大径のピストンと小径のピストンを段差のあるシリンダ内に収め、断面積の異なるピストン間で油圧伝達を行うことにより、ピエゾアクチュエータの変位を拡大する機構を構成している。
変位を拡大して伝達する油圧伝達装置を備えるピエゾインジェクタの一例を図5に示す。図5において、ピエゾスタック61の下方には大径のピエゾピストン62と小径のバルブピストン64が同軸に配設され、シリンダ5内を摺動するようになっている。シリンダ5内には、ピエゾピストン62とバルブピストン64の間の段差部に油密室63が設けられる。バルブピストン64は、ノズルニードル3に背圧を作用させる制御室4と高圧通路15、低圧通路16の間を開閉する3方弁のバルブニードル1に当接している。図は、ピエゾスタック61に通電せず、バルブニードル1が第1シート22に着座する上端位置にある状態を示し、制御室4は、通路25、バルブ室21、オリフィス24を介して高圧通路15と連通するとともに、サブオリフィス41を介して高圧通路15と連通するために、高圧となっている。この時、ノズルニードル3は下端位置にあって噴孔34は閉鎖されている。
FIG. 5 shows an example of a piezo injector provided with a hydraulic transmission device that expands and transmits displacement. In FIG. 5, a large-diameter piezo piston 62 and a small-diameter valve piston 64 are coaxially arranged below the piezo stack 61 so as to slide in the cylinder 5. In the cylinder 5, an oil-tight chamber 63 is provided at a step portion between the piezo piston 62 and the valve piston 64. The valve piston 64 is in contact with the valve needle 1 of a three-way valve that opens and closes between the control chamber 4 that applies back pressure to the nozzle needle 3, the
上記構成において、ピエゾスタック61に通電するとピエゾピストン62が下方に変位し、油密室63の圧力上昇に伴ってバルブピストン64が押し下げられる。この時、ピエゾピストン62とバルブピストン64の径差に応じて変位が拡大され、バルブニードル1は第1シート22から離座した後、さらに第2シート23に着座するまで下方に移動する。すると、制御室4と高圧通路15の連通が遮断され、低圧通路16と連通するために、制御室4が低圧となり、ノズルニードル3がリフトを開始し、燃料溜まり室32とサック部33が連通して噴孔34から燃料が噴射される。
In the above configuration, when the piezo stack 61 is energized, the piezo piston 62 is displaced downward, and the valve piston 64 is pushed down as the pressure in the oil tight chamber 63 increases. At this time, the displacement is expanded according to the difference in diameter between the piezo piston 62 and the valve piston 64, and the valve needle 1 moves downward until it is seated on the second seat 23 after being separated from the
しかしながら、上記構成では、ピエゾピストン62、バルブピストン64ともにある程度の摺動長を必要とするため、油圧伝達装置の全長が長くなる。その結果、インジェクタの全長が長くなってしまうという問題が生じている。 However, in the above configuration, both the piezo piston 62 and the valve piston 64 require a certain amount of sliding length, so that the total length of the hydraulic transmission device becomes long. As a result, there arises a problem that the total length of the injector becomes long.
そこで、本発明の目的は、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置等に使用されるアクチュエータの変位を伝達する装置の全長を短くすること、それによりアクチュエータを内蔵するインジェクタをコンパクトな構造とすることにある。 Accordingly, an object of the present invention is to shorten the overall length of a device that transmits the displacement of an actuator used in a common rail fuel injection device or the like of a diesel engine, thereby making the injector incorporating the actuator a compact structure. is there.
請求項1の発明は、通電により変位を発生するアクチュエータと、アクチュエータと一体に変位する第1ピストンと、第1ピストンと油密室を挟んで対向する第2ピストンを有し、アクチュエータの変位を油圧を介して第2ピストンに伝達する油圧伝達装置をノズルニードルの開閉を制御する制御弁の駆動部として内蔵し、上記ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室を設けて、上記駆動部の上記第2ピストンによって上記制御弁を開閉駆動することにより、上記制御室の圧力を増減させて上記ノズルニードルを昇降させる燃料噴射装置であり、第1および第2ピストンの一方を一端閉鎖の筒状として、該筒状部をハウジングに固定される筒状シリンダに外挿する。一方、筒状シリンダに第1および第2ピストンのもう一方を内挿して、第1および第2ピストンを筒状シリンダの内外周面に対して摺動自在とし、さらに上記第2ピストンをスプリングの付勢力によって上記制御弁方向に付勢して、筒状部と筒状シリンダと第1および第2ピストンのもう一方とで囲まれる空間に作動油を充填して上記油密室としている。 The invention of claim 1 has an actuator that generates displacement when energized, a first piston that is displaced integrally with the actuator, and a second piston that faces the first piston across an oil-tight chamber, and the displacement of the actuator is hydraulic. transmitted to the second piston via a built-in hydraulic transmission as a drive unit of the control valve for controlling the opening and closing of the nozzle needle, provided with a control chamber for applying a pressure in the closing direction to the nozzle needle, the drive unit A fuel injection device that raises and lowers the nozzle needle by increasing and decreasing the pressure in the control chamber by opening and closing the control valve by the second piston, and one of the first and second pistons is closed at one end. The cylindrical portion is extrapolated to a cylindrical cylinder fixed to the housing. On the other hand, the other one of the first and second pistons is inserted into the cylindrical cylinder so that the first and second pistons are slidable with respect to the inner and outer peripheral surfaces of the cylindrical cylinder, and further, the second piston is connected to the spring. The oil is energized in the direction of the control valve by the energizing force, and the space surrounded by the cylindrical portion, the cylindrical cylinder, and the other of the first and second pistons is filled with hydraulic oil to form the oil tight chamber.
上記構成によれば、固定部材である上記筒状シリンダの内外周に、可動部材である上記第1、第2ピストンを配置し、摺動範囲が重なるように構成したので、各ピストンの摺動長を確保したまま、装置の全長(軸方向長)を短くできる。従って、第1、第2ピストンを一直線上に配置した従来構造に比べて、油圧伝達装置の全長が短くなるので、これを用いたインジェクタ等をコンパクトな構造とすることができる。 According to the above configuration, the first and second pistons that are movable members are arranged on the inner and outer circumferences of the cylindrical cylinder that is a fixed member so that the sliding ranges overlap. The overall length (axial length) of the device can be shortened while ensuring the length. Therefore, compared to the conventional structure in which the first and second pistons are arranged in a straight line, the total length of the hydraulic transmission device is shortened, so that an injector or the like using the hydraulic transmission device can have a compact structure.
請求項2の発明は、通電により変位を発生するアクチュエータと、アクチュエータと一体に変位する大径ピストンと、大径ピストンと油密室を挟んで対向する小径ピストンを有し、アクチュエータの変位を油圧を介して拡大して小径ピストンに伝達する油圧伝達装置をノズルニードルの開閉を制御する制御弁の駆動部として内蔵し、上記ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室を設けて、上記駆動部の上記小径ピストンによって上記制御弁を開閉駆動することにより、上記制御室の圧力を増減させて上記ノズルニードルを昇降させる燃料噴射装置であり、大径ピストンを一端閉鎖の筒状として、該筒状部をハウジングに固定される筒状シリンダに外挿する。一方、上記筒状シリンダに上記小径ピストンを内挿して、上記大径および小径ピストンを上記筒状シリンダの外周面および内周面に対してそれぞれ摺動自在とし、さらに上記小径ピストンをスプリングの付勢力によって上記制御弁方向に付勢して、上記大径ピストンの筒状部と上記筒状シリンダと上記小径ピストンとで囲まれる空間に作動油を充填して上記油密室としている。 The invention of claim 2 has an actuator that generates displacement when energized, a large-diameter piston that is displaced integrally with the actuator, and a small-diameter piston that faces the large-diameter piston with an oil-tight chamber interposed therebetween. A hydraulic transmission device that expands and transmits to the small-diameter piston as a control valve drive unit that controls the opening and closing of the nozzle needle, and provides a control chamber that applies pressure in the valve closing direction to the nozzle needle. A fuel injection device that raises and lowers the nozzle needle by increasing and decreasing the pressure in the control chamber by opening and closing the control valve by the small diameter piston of the portion, The cylindrical portion is extrapolated to a cylindrical cylinder fixed to the housing. On the other hand, the small-diameter piston is inserted into the cylindrical cylinder so that the large-diameter and small-diameter pistons can slide with respect to the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylindrical cylinder, respectively, and the small-diameter piston is attached to a spring. The oil is energized in the direction of the control valve by the urging force, and the space surrounded by the cylindrical portion of the large-diameter piston, the cylindrical cylinder, and the small-diameter piston is filled with hydraulic oil to form the oil-tight chamber.
上記構成によれば、固定部材である筒状シリンダの内外周に、可動部材である大径、小径ピストンを配置し、摺動範囲が重なるように構成したので、各ピストンの摺動長を確保したまま、装置の全長(軸方向長)を短くできる。従って、大径、小径ピストンを一直線上に配置した従来構造に比べて、油圧伝達装置の全長が短くなり、さらに、径の異なる大径ピストンと小径ピストンを組み合わせることで、大径ピストンの変位を拡大して小径ピストンに伝達することができる。よって、この油圧伝達装置をインジェクタ等に適用すれば、アクチュエータの変位を効果的に拡大して、必要な変位を確保し、しかもコンパクトな構造とすることができる。 According to the above configuration, the large and small diameter pistons that are movable members are arranged on the inner and outer periphery of the cylindrical cylinder that is the fixed member, and the sliding ranges are overlapped, so that the sliding length of each piston is ensured. In this way, the overall length (axial length) of the device can be shortened. Therefore, compared to the conventional structure in which large and small diameter pistons are arranged in a straight line, the overall length of the hydraulic transmission device is shortened, and the displacement of the large diameter piston can be reduced by combining large and small diameter pistons with different diameters. It can be enlarged and transmitted to a small-diameter piston. Therefore, if this hydraulic transmission device is applied to an injector or the like, the displacement of the actuator can be effectively enlarged, the necessary displacement can be ensured, and a compact structure can be achieved.
請求項3の発明は、上記一端閉鎖の筒状とした第1、第2ピストンまたは大径ピストンの、閉鎖端部と筒状部とを別部材にて構成する。 According to a third aspect of the present invention, the closed end portion and the cylindrical portion of the first, second piston or large-diameter piston having the one end closed cylindrical shape are configured as separate members.
上記一端閉鎖の筒状ピストンを複数部材で構成することで、閉鎖端側の筒部内の加工が容易になり、安価に製造できる。 By forming the cylindrical piston closed at one end with a plurality of members, processing in the cylindrical portion on the closed end side becomes easy and can be manufactured at low cost.
請求項4の発明は、上記各請求項の構成における油密室と、低圧部とを連通する連通路を設け、該連通路に、油密室の圧力が所定圧を下回った時に油密室に作動油を流入させるチェック弁を設けている。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a communication passage that communicates the oil-tight chamber and the low-pressure portion in the configuration of each of the above-mentioned claims, and the hydraulic oil is supplied to the oil-tight chamber when the pressure in the oil-tight chamber falls below a predetermined pressure. A check valve is provided for inflow.
上記構成において、油密室の圧力が所定圧を下回ると、チェック弁が開いて油密室に作動油を流入させる。これにより、油密室からリークした作動油の補充が容易にできるので、油密室の油圧を保持して変位の伝達を効率よく行うことができる。 In the above configuration, when the pressure in the oil tight chamber falls below a predetermined pressure, the check valve is opened and hydraulic oil flows into the oil tight chamber. Thereby, since the hydraulic oil leaking from the oil tight chamber can be easily replenished, displacement can be efficiently transmitted while maintaining the oil pressure of the oil tight chamber.
請求項5の発明は、上記各請求項の構成におけるアクチュエータをピエゾアクチュエータとする。 According to a fifth aspect of the present invention, the actuator in the configuration of each of the above claims is a piezo actuator.
変位を発生する部材としては、ピエゾ素子を用いたアクチュエータのように、発生力が大きく変位が小さいアクチュエータを用いると、コンパクトな構成で変位を効率よく伝達することができるので、本発明を適用する効果が高い。 As the member that generates the displacement, if an actuator having a large generated force and a small displacement such as an actuator using a piezo element is used, the displacement can be efficiently transmitted with a compact configuration, and thus the present invention is applied. High effect.
以下、図面に基づいて本発明の第1の実施形態を説明する。図1は本発明を適用した燃料噴射装置のインジェクタ10構成を示す図で、変位を拡大する油圧伝達装置としてのピエゾ駆動部101を内蔵している。本実施形態では、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置への適用例として説明し、エンジンの各気筒に対応して設けられるインジェクタ10は、コモンレールから燃料(ここでは軽油)の供給を受けるようになっている。コモンレールには高圧サプライポンプにより圧送される燃料が噴射圧力に相当する所定の高圧で蓄えられる。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an
図1において、インジェクタ10は、ピエゾスタック61を有するピエゾ駆動部101(上半部)と、ノズルニードル3を有するノズル部103(下端部)と、3方弁構造の制御弁部102(中間部)とからなる。インジェクタ10は、図略の燃焼室壁に取付けられるハウジング14を有し、ハウジング14内には上記各部101〜103の構成部品が収納されるとともに、図略のコモンレールに連通する高圧通路15、図略の燃料タンクに至るドレーン通路へ連通する低圧通路16等の通路が形成される。
In FIG. 1, an
ノズル部103は、ハウジング14の下端部内に形成した縦穴31に、段付きのノズルニードル3を摺動自在に保持しており、ノズルニードル3の下半小径部の外周には環状の油溜まり室32が形成されている。油溜まり室32は常時高圧通路15と連通しコモンレールからの高圧燃料が供給されている。縦穴31の下方には、これに連なってサック部33が形成され、サック部33形成壁を貫通して燃料噴射用の噴孔34が形成される。
The
ノズルニードル3は下端位置にある時に、円錐形の先端部がサック部33と縦穴31の境界部に設けたシート35に着座し、サック部33を閉じて油溜まり室32から噴孔34への燃料供給を遮断する。ノズルニードル3が上昇してシート35から離座し、サック部33を開くと燃料が噴射される。
When the nozzle needle 3 is in the lower end position, the conical tip is seated on a
ノズルニードル3の上端面および縦穴31の壁面により画成される空間は、ノズルニードル3に背圧を与える制御室4となる。制御室4には、後述する背圧制御部102のバルブ室21およびオリフィス24を介して、また、高圧通路15からサブオリフィス41を介して、制御油としての燃料が導入されており、ノズルニードル3の背圧を発生している。この背圧はノズルニードル3に下向きに作用して、制御室4内に収納されたスプリング42とともにノズルニードル3を着座方向に付勢する。一方、油溜まり室32の高圧燃料がノズルニードル3の段差面に上向きに作用しノズルニードル3を離座方向に付勢している。なお、サブオリフィス41は、噴射開始時に制御室4の圧力降下を緩和し、噴射停止時に制御室4の圧力上昇を促進して、ノズルニードル3の開閉速度を調整する機能を有する。
A space defined by the upper end surface of the nozzle needle 3 and the wall surface of the
3方弁構造の制御弁部102は、バルブニードル1の大径の弁部11が、バルブ室21天井面の3方弁第1シ−ト22または底面の3方弁第2シ−ト23に選択的に着座するようになっている。第1シート22と第2シート23は、バルブ室21天井面と底面中央部の対向位置に設けられ、第1シート22は低圧部26を介して低圧通路16と連通し、第2シート23は通路25を介して高圧通路15と連通している。バルブ室21は、オリフィス24を介してノズル部103の制御室4と常時連通している。
The control valve portion 102 of the three-way valve structure is such that the large-
バルブニードル1は圧力バランス構造で、上端部が大径の弁部11となっており、下端部は第2シート23に続くシリンダ27内を摺動する摺動部13となっている。中間部は、バルブ室21内の弁部11と摺動部13をつなぐ細径部12となっており、この細径部12とシリンダ27内の間に形成される環状空間に、高圧通路15へ至る通路25が開口している。
The valve needle 1 has a pressure balance structure, the upper end portion is a large-
バルブニードル1が上端位置にある時には、弁部11のフラットな頂面が、バルブ室21天井面の第1シート22に着座して低圧通路16との連通を遮断する。バルブニードル1が下端位置にある時には、弁部11の下部テーパ面が、バルブ室21底面の第2シート23に着座して、高圧通路15との連通を遮断する。バルブニードル1は、ピエゾ駆動部101により押圧駆動されることで上下動するようになっており、作動状態が切り換わるのに伴い、バルブ室21に連通する制御室4の圧力、すなわちノズルニードル3の背圧が増減する。
When the valve needle 1 is at the upper end position, the flat top surface of the
バルブニードル1の摺動部13下方には、バルブスプリング17が収容されて、バルブニードル1を上方に付勢している。摺動部13下方のシリンダ27側壁には、低圧部26に至る連通路が開口して、バルブニードル1の下方への移動が抑制されないようにしている。この構成により、噴射開始時に弁部11を第1シート22から速やかに離座させることができる。
A
ピエゾ駆動部101は、ピエゾアクチュエータとしてのピエゾスタック61を用いて構成される。ピエゾスタック61は、バルブ室21の上方に形成した縦穴内に収容され、その下方に、大径ピストン(第1ピストン)であるピエゾピストン62、小径ピストン(第2ピストン)であるバルブピストン64を同軸に配設してなる。ピエゾスタック61はPZT等の圧電セラミック層と電極層を交互に積層した公知の構造を有し、積層方向(上下方向)を伸縮方向として、図示しない駆動回路により充放電されるようになっている。ピエゾピストン62とバルブピストン64は、縦穴内に固定した筒状シリンダ5に摺動自在に支持され、ピエゾピストン62とバルブピストン64の間には油密室63が形成される。これらピストン62、64と油密室63の構成は、本発明の特徴部分であり、以下に詳細を示す。
The
ピエゾスタック61の下端面は縦穴内に摺動自在に設けたピストン部材66に支持され、該ピストン部材66の下方にピエゾピストン62が密接配置してある。図2のように、ピエゾピストン62は上端閉鎖の筒状で、該筒状部621をシリンダ5の筒状部51に上方から外挿することにより、筒状部51外周面に対して摺動自在となっている。シリンダ5は、筒状部51の下端外方に張り出すフランジ部52にてハウジング14に固定され、該フランジ部52とピエゾピストン62の上端大径部622の間に、ピエゾスプリング65が設けられて、ピエゾピストン62およびピストン部材66を介してピエゾスタック61に一定の初期荷重を印加している。これにより、ピエゾピストン62はピエゾスタック61の伸縮に伴い、一体に上下動する。ピエゾスプリング65は、コイルバネでもスリットスプリングでもよい。
The lower end surface of the piezo stack 61 is supported by a
バルブピストン64は柱状で、シリンダ5の筒状部51に下方から内挿され、筒状部51内周面に対して摺動自在となっている。バルブピストン64のピン状の下端部641は、3方弁第1シート22方向へ延び、バルブ室21内のバルブニードル1頂面に当接している。バルブピストン64の中間部外周にはフランジ642が形成され、該フランジ642上に支持されるバルブピストンプリセットスプリング53によってバルブピストン64が下方に付勢されている。ピエゾピストン62の筒状部621とシリンダ5の筒状部51とバルブピストン64とで囲まれる空間には、作動油としての燃料が充填されて油密室63を形成している。
The valve piston 64 is columnar, is inserted into the
従って、ピエゾスタック61が伸長してピエゾピストン62を下方に押圧すると、その押圧力が油密室63の燃料を介してバルブピストン64に伝達され、油圧伝達装置として機能する。さらに、本実施形態では、大径のピエゾピストン62に対し小径のバルブピストン64を用いたので、ピエゾピストン62の筒状部621内径とバルブピストン64の外径の差(摺動径差)に応じて、ピエゾスタック61の変位を拡大して伝達する油圧伝達装置として機能する。
Accordingly, when the piezo stack 61 extends and presses the piezo piston 62 downward, the pressing force is transmitted to the valve piston 64 via the fuel in the oil-tight chamber 63 and functions as a hydraulic transmission device. Further, in this embodiment, since the small-diameter valve piston 64 is used with respect to the large-diameter piezo piston 62, the difference between the inner diameter of the
次に、上記各実施形態におけるインジェクタ10の作動を説明する。まず、第1の実施形態において、図1、2はピエゾスタック61が放電状態で縮小している状態を示しており、バルブニードル1は、バルブ室21内の燃料圧力とスプリング17力により上方に付勢されて、弁部11が第1シート22に着座している。第1シート22に対向する第2シート23は開弁している。従って、制御室4は、オリフィス24、バルブ室21、第2シート23を介して高圧通路15に連通するとともに、サブオリフィス41を介して高圧通路15に連通し、高圧通路15から流入する燃料により高圧となっている。この燃料圧力とスプリング42力によりノズルニードル3はシート35に着座しており、燃料噴射はなされない。
Next, the operation of the
この状態から、ピエゾスタック61に通電すると、ピエゾスタック61が充填されて伸長する。これに伴い、ピエゾピストン62が下方に移動して油密室63の作動油(ここでは軽油)が圧縮される。この作動油の圧力でバルブピストン64が下方に移動しバルブニードル1を押し下げると、弁部11が第1シート22から離座し、さらに下方変位して第2シート23に着座する。これにより、制御室4がバルブ室21、第1シート22を介して低圧通路16に連通し、制御室4の圧力が降下して、ノズルニードル3の下向きの付勢力が上向きの付勢力を下回ると、ノズルニードル3が離座して燃料噴射が開始される。
From this state, when the piezo stack 61 is energized, the piezo stack 61 is filled and extended. Along with this, the piezo piston 62 moves downward and the hydraulic oil (light oil here) in the oil-tight chamber 63 is compressed. When the valve piston 64 moves downward by the pressure of the hydraulic oil and pushes down the valve needle 1, the
次に、ピエゾスタック61を再び放電させると、ピエゾスタック61が収縮してピエゾピストン62が上方へ移動し、油密室63の圧力が降下してバルブニードル1の押し下げ力が解除される。よって、制御室4にオリフィス24、サブオリフィス41を介して流入する高圧燃料により、制御室4圧力が再び上昇し、ニードル3が着座して噴射が終了する。
Next, when the piezo stack 61 is discharged again, the piezo stack 61 contracts, the piezo piston 62 moves upward, the pressure in the oil-tight chamber 63 drops, and the pressing force of the valve needle 1 is released. Therefore, the high pressure fuel flowing into the control chamber 4 via the
本実施形態のように、アクチュエータとしてピエゾスタック61を用いた場合には、変位が非常に小さいため、大径のピエゾピストン62と小径のバルブピストン64を組み合わせた油圧伝達装置を用いると、効率よく動力を伝達することができる。その場合、上記構成のように筒状シリンダ5の外周側をピエゾピストン62が、内周側をバルブピストン64が摺動する構成とし、シリンダ5の内周、外周をともに摺動部として用いると、ピストン摺動長を確保しながらピエゾ駆動部101(油圧伝達装置)の全長を大幅に短縮することができる。よって、制御弁部102の駆動に十分な変位を確保することができ、コンパクトで高応答かつ高性能なインジェクタ10を実現できる。
As in this embodiment, when the piezo stack 61 is used as an actuator, the displacement is very small. Therefore, when a hydraulic transmission device that combines a large-diameter piezo piston 62 and a small-diameter valve piston 64 is used, it is efficient. Power can be transmitted. In that case, when the piezo piston 62 slides on the outer peripheral side of the cylindrical cylinder 5 and the valve piston 64 slides on the inner peripheral side as in the above configuration, both the inner and outer periphery of the cylinder 5 are used as sliding portions. The overall length of the piezo drive unit 101 (hydraulic transmission device) can be greatly shortened while ensuring the piston sliding length. Therefore, a sufficient displacement for driving the control valve unit 102 can be secured, and a compact, high-response and high-
図3は、本発明の第2の実施形態であり、ピエゾ駆動部101(油圧伝達装置)の他の構成例を示す。インジェクタ10の全体構成および基本作動は上記第1の実施形態と同様であり、説明を省略する。図3のように、本実施形態では、筒状シリンダ5の下端部を、バルブ室21が形成されるハウジング14の上面に設けた凹部に嵌合固定し、外周のフランジ部52がハウジング14の上面に当接支持される構成とする。シリンダ5の段付に拡径した下半部内は低圧室55としてあり、低圧室55側壁に設けた連通孔54によって低圧部26に連通している。
FIG. 3 shows another example of the configuration of the piezo drive unit 101 (hydraulic transmission device) according to the second embodiment of the present invention. The overall configuration and basic operation of the
従って、バルブニードル1が3方弁第1シート22を開放すると、バルブ室21から第1シート22、低圧室55、連通孔54を経て低圧部26に燃料が流出する。また、バルブピストン64の下端部643は、下方に向けて縮径するテーパ状に形成され、該テーパ部の上端面とシリンダ5の段付部との間にバルブセットスプリング53が配設される。
Therefore, when the valve needle 1 opens the three-way valve
本実施形態によっても、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。このように、筒状シリンダ5の内外周にピエゾピストン62およびバルブピストン64が摺動する構成であれば、各部材の形状や固定方法等は、特に制限されない。 Also according to this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained. Thus, as long as the piezo piston 62 and the valve piston 64 slide on the inner and outer circumferences of the cylindrical cylinder 5, the shape and fixing method of each member are not particularly limited.
図4は、本発明の第3の実施形態であり、上記第2の実施形態とバルブピストン64構成が異なっている。インジェクタ10の全体構成および基本作動は上記第1の実施形態と同様であり、説明を省略する。図4のように、本実施形態では、バルブピストン64の内部に軸方向に延びる連通路7を形成している。連通路7の上端は油密室63に開口し、下端はバルブピストン64の側壁を貫通する連通孔71にて低圧室55と連通している。
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention, which is different from the second embodiment in the configuration of the valve piston 64. The overall configuration and basic operation of the
連通路7の上端部はやや大径としてあって、ボール弁73が収容されており、油密室63のリークを補償するチェック弁を構成している。大径部の上端開口には連通孔72を有するプレート部材が嵌合配設される。これにより、油密室63の圧力が低下した時に、低圧室55から連通孔71、連通路7へ流入する燃料がボール弁73を押し上げて油密室63に補充することができる。
The upper end portion of the
本実施形態によっても、上記各実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、バルブピストンプリセットスプリング53を油密室63内に配置している。このように、バルブピストンプリセットスプリング53の他、各種部材の配設場所は特に限定されず、変更してもよい。
Also according to this embodiment, the same effects as those of the above embodiments can be obtained. In the present embodiment, the valve piston preset
図5は、本発明の第4の実施形態であり、上記第2の実施形態とピエゾピストン62構成が異なっている。インジェクタ10の全体構成および基本作動は上記第1の実施形態と同様であり、説明を省略する。図5のように、本実施形態において、ピエゾピストン62は、両端開口の筒状としてあり、その上端開口を閉鎖するようにピストン部材66を配置して、これらピエゾピストン62とピストン部材66とシリンダ5およびバルブピストン64とで囲まれる空間を油密室63とする。このように、油密室63を形成する一端閉鎖の筒状のピストンを、複数の部材で構成することもできる。また、本実施の形態では、シリンダ5の筒状部51下端に設けたフランジ部52を貫通する連通孔56にて低圧部26と低圧室55を連通させている。
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention, which is different from the second embodiment in the configuration of the piezo piston 62. The overall configuration and basic operation of the
本実施形態によっても、上記各実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態では、一端閉鎖の筒状ピストンを、閉鎖端部となるピストン部材66と筒状部となるピエゾピストン62の2つの部材に分割したので、一部材とする場合に比べて筒状部(特に閉鎖端側)の加工が容易になり、安価に製造できる。なお、ピストン部材66とピエゾピストン62の間にプレート部材を介設して、該プレート部材が油密室63の上部壁を形成する構成としてもよい。
Also according to this embodiment, the same effects as those of the above embodiments can be obtained. Furthermore, in this embodiment, the cylindrical piston closed at one end is divided into two members, a
以上のように、本発明は、アクチュエータの変位を油圧を介して伝達する機構において、2つのピストンを筒状シリンダの内外に配置することにより、摺動長が機構の全長に及ぼす影響を大幅に減少する。アクチュエータとしては、通電により変位を発生する素子であれば、いずれを用いてもよく、上記各実施形態で使用したピエゾ素子の他、磁歪素子等が挙げられる。これらピエゾ素子や磁歪素子のように、発生力は大きいが変位の小さいアクチュエータに本発明を適用することで、インジェクタ10の制御弁駆動用の油圧伝達装置をコンパクトに形成できる。
As described above, according to the present invention, in the mechanism that transmits the displacement of the actuator via hydraulic pressure, the influence of the sliding length on the total length of the mechanism is greatly increased by arranging the two pistons inside and outside the cylindrical cylinder. Decrease. Any actuator may be used as long as it is an element that generates displacement when energized. Examples of the actuator include a magnetostrictive element and the like in addition to the piezoelectric element used in each of the above embodiments. By applying the present invention to an actuator that has a large generated force but a small displacement, such as a piezo element and a magnetostrictive element, a hydraulic transmission device for driving the control valve of the
なお、上記各実施形態では、本発明を変位を拡大する油圧伝達装置に適用した例について説明したが、これに限られるものではない。例えば、発生力は小さいが変位の大きいアクチュエータに本発明を適用し、上記各実施形態と大径および小径ピストンの配置を逆にすることで、駆動力拡大装置とすることも可能である。 In each of the above embodiments, an example in which the present invention is applied to a hydraulic transmission device that expands displacement has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to an actuator having a small generated force but a large displacement, and the arrangement of the large-diameter and small-diameter pistons can be reversed from the above-described embodiments, whereby a driving force expanding device can be obtained.
10 インジェクタ
101 ノズル部
102 制御弁部
103 ピエゾ駆動部
1 バルブニードル
11 弁部
12 摺動部
13 細径部
14 ハウジング
15 高圧通路
16 低圧通路
21 バルブ室
22 3方弁第1シート
23 3方弁第2シート
24 オリフィス
26 低圧部
3 ノズルニードル
32 油溜まり室
34 噴孔
4 制御室
41 サブオリフィス
5 シリンダ
51 筒状部
52 フランジ
53 バルブピストンプリセットスプリング
54 連通孔
55 低圧室
61 ピエゾスタック(アクチュエータ)
62 ピエゾピストン(第1ピストン)
621 筒状部
622 フランジ部
63 油密室
64 バルブピストン(第2ピストン)
641 下端部
642 フランジ部
65 ピエゾスプリング
66 ピストン部材
7 連通路
71 連通孔
72 連通孔
73 ボール弁
DESCRIPTION OF
62 Piezo piston (first piston)
621
641
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