JP4304858B2

JP4304858B2 - Fuel injection valve

Info

Publication number: JP4304858B2
Application number: JP2000380632A
Authority: JP
Inventors: 健治伊達; 義久山本; 稔之依田; 利雄近藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: JP2001241370A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば燃料を直接筒内に噴射するための内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンと言う）用の燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジン等においては、環境保護の観点から排気ガス中に含まれる有害成分の低減、さらに燃費向上を達成するために燃料噴射による噴霧を最適化し、これを達成することが望まれている。具体的には、例えば噴射初期には噴射率を低下させ、噴射中期には噴射率を増加させる。これは着火遅れ期間中の噴射量を抑制し、ＮＯｘ生成量を低減させて、かつ噴射中期の噴射率を増加し短期間に必要燃料を噴射させることで燃焼を活発化させ、排気ガス中に含まれる有害成分のひとつである黒煙の排出量を低減することが可能である。
【０００３】
このような燃料噴射の最適化を目的とした燃料噴射弁として、例えばニードルリフトを低減し、シート絞り、つまり実噴射圧力を低下させた状態で噴射させる手法が数多く提案されている。しかし、この手法では充分な排気浄化効果は得られない。
【０００４】
これを改善する方法として、ニードルを２本設けて各ニードルによって開閉する噴孔を有する噴射弁が提案されている。これを目的とした燃料噴射弁として、蓄圧式燃料噴射弁では特開平９−３２６８７号公報に開示されているのが知られている。
【０００５】
特開平９−３２６８７号公報に開示されている燃料噴射弁は、例えば図１２に示す構成からなる。図１２中の第２のノズルニードル６２５は中空円筒状の第１のノズルニードル６２０に往復移動可能に収容されている。図示しない第１の圧力制御室内の高圧燃料が排出されると、第１のノズルニードル６２０はリフトし、コモンレールから供給された高圧燃料が第１の噴孔６３１から噴射される。第１のノズルニードル６２０のリフト途中でシム６３５が第２のノズルニードル６２５の端面６２７ａに係止されると、第２のノズルニードル６２５は第１のノズルニードル６２０とともにリフトし、第１の噴孔６３１に加えて第２の噴孔６３２からも燃料が噴射される。第１のノズルニードル６２０のリフトに応じて第２のノズルニードル６２５がリフトするので、燃料の噴霧分布が拡大する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１２の従来の提案にある燃料噴射弁の構成では、第１のノズルニードル６２０が第２のノズルニードル６２５を持上げる部位である第２のノズルニードル６２５の端面６２７ａが第１シート部６１１よりかなり上流に設けられ、第２のノズルニードル６２５を閉弁付勢するスプリング６２９がディスタンスピース６１３内にある。ディスタンスピース６１３は、第１のノズルニードル６２０と第２のノズルニードル６２５を内部軸方向の設けたノズルボディ６１１の上部に配置させている。つまりスプリング６２９がノズルボディ６１１の外部にある。
【０００７】
従って、第２のノズルニードル６２５の全長が第１のノズルニードル２０の全長とほぼ等しく、また同軸上にあるため第１のノズルニードル６２０の外形がφ４〜５ｍｍである場合、第２のノズルニードル６２５の径はφ１〜３ｍｍとなり、この径内にスプリング６２９を装着することは困難である。更に、第２のノズルニードル６２５が中空ニードルを形成し、かつ全長が長いので強度上問題である。これを回避するには第１、第２のノズルニードル径を全体的に大きくする必要があるが、これでは燃料噴射弁が大型化してしまい、エンジンへの装着が困難となり問題である。
【０００８】
本発明は上記事情に基づいて成されたものであり、その目的は先行および後発してリフトする両ニードルの強度上の信頼性向上、並びに燃料噴射弁の小型化への対応が可能な燃料噴射弁を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１記載の燃料噴射弁によると、アウターニードルとインナーニードルの２本のニードルを同軸関係にて往復移動可能に配置させ、先行してリフトするインナーニードルのリフトを制御すれば、このインナーニードルのリフトに引き続いて係止機構部がアウターニードルをリフトさせる。このように、２本のニードルのリフトにより第１の噴孔から第２の噴孔を段階的に開閉できる燃料噴射弁の構成とし、後発してリフトするアウターニードルの全長は先行してリフトするインナーニードルより短い構成とした。つまり、後発してリフトするアウターニードルの軸方向の長さを短く押さえて、ニードルの直径（Ｄ）に対するニードルの軸方向の長さ（Ｌ）の比率、Ｌ／Ｄ（以降、単にＬ／Ｄと表記する）を小さく設計できることによる強度上の信頼性向上、並びに燃料噴射弁の小型化への対応が可能となる。
【００１１】
本発明の請求項１記載の燃料噴射弁によると、係止機構部を燃料溜まりの燃料下流側に設ける構成としたことで、後発してリフトするアウターニードルの軸方向の長さを更に短く押さえて、Ｌ／Ｄを小さく設計できることによる強度上の信頼性向上、並びに燃料噴射弁の小型化への対応が可能となる。
【００１５】
本発明の請求項１記載の燃料噴射弁によると、先行してインナーニードルがリフトすることにより、第１の噴孔の燃料下流側より高圧燃料が導かれ第１の噴孔より燃料が噴射する。よって、第１の噴孔の上流側と下流側の２箇所に第１の弁座を設ける構成とすることにより、インナーニードルがリフトしても第１の噴孔より燃料が噴射することがない。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の参考例および実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
（第１参考例）
本発明の第１参考例による燃料噴射弁を適応した燃料供給システムの一例を図４に示す。高圧燃料供給ポンプ１Ａから燃料配管２Ａを通してコモンレール３Ａに供給される高圧の燃料はコモンレール３Ａ内の蓄圧室で一定の高圧に蓄圧され、燃料配管４Ａを介して各気筒に配設された燃料噴射弁３１に供給される。燃料噴射弁３１に供給された燃料のうち余剰燃料は燃料タンク５Ａにリターンされる。
【００２６】
次に、本発明の第１参考例の燃料噴射弁を図１、図２及び図３を用いて説明する。図１は、本発明の第１参考例による燃料噴射弁のノズル部を示す全体断面図である。図２は、本発明の第１参考例による燃料噴射弁のノズル部を示す部分断面図である。図３は、本発明の第１参考例による燃料噴射弁全体を示す模式的断面図である。
【００２７】
先ず、本発明の課題である先行および後発してリフトする両ニードルの強度上の信頼性向上、並びに燃料噴射弁の小型化への対応方法について述べる。アウターニードル１とインナーニードル８の２本のニードルを備える燃料噴射弁において、アウターニードル１が先行してリフトし所定のリフト量に達すると、インナーニードル８をリフトさせる係止機構部をノズルボディ２内の内部の第１の弁座１６より上流側に設ける構成とした。係止機構部はアウターニードル１の軸部に孔部である調整穴１４を設け、インナーニードル８の軸部に係止軸部であるリフトピン１５を貫通するという簡潔な構成とした。
【００２８】
このように、係止機構部をノズルボディ２内に設ける構成により、後発してリフトするインナーニードル８をノズルボディ２内にコンパクトに構成することが可能となる。具体的には、例えばインナーニードル８の軸方向の長さを短く押さえて、Ｌ／Ｄを小さく設計できることによる強度上の信頼性向上、並びに燃料噴射弁の小型化への対応が可能となる。更にインナーニードル８を小型軽量化できたことにより、インナーニードル８のリフトの作動応答性が向上する。
【００２９】
以下、上述した係止機構部を採用した燃料噴射弁３１の詳細について述べる。燃料噴射弁３１は図示しないエンジンの各シリンダ毎のエンジンヘッドに挿入搭載され、エンジンのシリンダとシリンダ内を往復運動するピストンとの間に形成された燃焼室に向けて燃料を噴射するように構成されている。燃料噴射弁３１には、アウターニードル１のリフトを制御する制御手段を備えている。制御手段は、制御室２２と制御ピストン２１により構成され、制御室２２内の燃料圧力を制御することによりアウターニードル１を軸方向に往復動させ、燃料噴射弁３１の噴射時期および噴射量を調整している。アウターニードル１のリフトに従いリフトするインナーニードルとの関係については、後述する。
【００３０】
燃料供給ポンプ１Ａから蓄圧室３Ａを経て供給される高圧燃料は、燃料入口２７、燃料導入通路２８を経由して燃料溜まり３に供給され、かつ制御室２２にも供給される。電磁弁３０の制御により、制御室２２内の高圧燃料は燃料タンク５Ａに排出可能である。
【００３１】
燃料噴射弁３１のノズルボディ２内にはアウターニードル１が摺動自在に収容され、摺動部下には油溜り３、燃料通路４が設けられ、その下流にシート面５が設けられ、アウターニードル１の内側にインナーニードル８が摺動自在に収容されている。インナーニードル上端部９に噴射燃料圧力が加圧可能なように、アウターニードル１にはニードル内を左右に貫通するバイパス通路１０、およびインナーニードル８がアウターニードル１内を摺動可能でバイパス通路１０に連通する閉弁室１１を有する。更に、アウターニードル１にはインナーニードル８の円筒部１２と摺動可能なガイド部１３、アウターニードル１内を左右に貫通する調整穴１４が連通している。そしてインナーニードル８内を左右に挿入されるリフトピン１５が調整穴１４内に位置している。調整穴１４内下端部とリフトピン１５下端部間寸法がインナー無効リフト量（ＨＤ０）を定める。
【００３２】
アウターニードル１の先端には、上記シート面５と接触する着座部分が設けられ、このアウターニードル１の着座する部分がシート面５に着座することにより、シート面５に第１の弁座１６を形成している。このように形成された第１の弁座１６が燃料通路４と第１の噴孔６との連通を遮断している。
【００３３】
インナーニードル８の先端には、上記シート面５と接触する着座部分が設けられ、このインナーニードル８の着座する部分がシート面５に着座することにより、シート面５に第２の弁座１７を形成している。このように形成された第２の弁座１７が第１の噴孔６と第２の噴孔７との連通を遮断している。
【００３４】
第１の噴孔６は燃料通路４よりも燃料下流側に設けられ、第２の噴孔７は第１の噴孔６よりも燃料下流側に設けられている。第１の弁座１６は通路４と第１の噴孔６との間に設けられ、第２の弁座１７は第１の噴孔６と第２の噴孔７との間に設けられている。第２の弁座１７よりも燃料下流側には第２の噴孔７と連通するサック室３ａが形成されており、インナーニードル８のリフト時、第２の噴孔７から初期噴射される燃料を一時的に蓄えている。
【００３５】
アウターニードル１の反噴射側端部にはプレッシャピン１９を介して制御ピストン２１が形成されており、プレッシャピン１９には噴孔閉塞方向に付勢する第１ばね２０を備える。
【００３６】
制御室２２内の燃料圧力を制御する電磁弁３０は、電磁コイル２３、制御弁２４、第２ばね２５および制御室２２と燃料タンク５Ａに排出される通路を連通する出口絞り２６により構成され、制御弁２４により出口絞り２６の開閉操作を行う。
【００３７】
電磁コイル２３への通電オフ時、制御弁２４は第２ばね２５の付勢力により出口絞り２６部を閉塞している。そして、制御室２２に高圧燃料が供給され、アウターニードル１が第１ばね２０により第１の弁座１６に向けて受ける付勢力と制御室２２内の燃料圧力から第１の弁座１６に向けて受ける力との和は、燃料溜まり３内の燃料圧力によりリフト方向に受ける力よりも大きくなるので、アウターニードル１は第１の弁座１６に着座している。
【００３８】
電磁コイル２３への通電オン時、制御弁２４は出口絞り２６部を開放し制御室２２内の高圧燃料は出口絞り２６を経て燃料タンクに排出され、制御室２２内の燃料圧力が低下することによりアウターニードル１は第１の弁座１６から離座しリフトする。
【００３９】
ここで、アウターニードル１のリフトに従いリフトするインナーニードル８との関係について説明する。調整穴１４内下端部とリフトピン１５下端部間寸法であるインナー無効リフト量（ＨＤ０）のリフト行程間は、アウターニードル１が第１の弁座１６から離座、リフトし第１の噴孔６のみから噴射が行われ、初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができる。
【００４０】
ここから、更にアウターニードル１がリフトすると調整穴１４内下端部とリフトピン１５下端部が接触し、インナーニードル８を第２の弁座１７から離座させる。このインナーニードル８は、僅かでもリフトすると高圧燃料がインナーニードル円錐面１８全体に負荷するため、インナーニードル８は瞬時にリフトし、第２の噴孔７からも燃料を噴射する。従って、噴射中期の噴射率を増加できる。
【００４１】
アウターニードル１の最大リフト量（ＨＤｍａｘ）は、規制部材２９下端とアウターニードル１の上端面１ａ間の軸方向寸法で決定される。インナーニードル８のリフト量は（ＨＤｍａｘ−ＨＤ０）となる。このように、２段階の燃料噴射率で燃料を噴射することが可能となり、燃料の噴霧分布が拡大する。このように一連の噴射作動において、初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができるので、初期噴射時において燃料が良好に微粒化して燃焼室内に噴射され燃焼効率が高くなる。
【００４２】
次いで、更にリフトし噴射中期の噴射率を増加させることで着火遅れ期間中の噴射量を抑制し、ＮＯｘ生成量を低減させて、噴射中期の噴射率を増加し短期間に必要燃料を噴射させることで燃焼を活発化させ、排気ガス中に含まれる有害成分のひとつである黒煙の排出量を低減することができる。
【００４３】
（第２参考例）
本発明の第２参考例による燃料噴射弁を図５に示す。図５は、本発明の第２参考例による燃料噴射弁のニードル部周辺を示す部分断面図である。先ず、本発明の課題である先行および後発してリフトする両ニードルの強度上の信頼性向上、並びに燃料噴射弁の小型化への対応方法について説明する。
【００４４】
アウターニードル１０１とインナーニードル１０８の２本のニードルを備える燃料噴射弁において、アウターニードル１０１が先行してリフトし所定のリフト量に達すると、インナーニードル１０８をリフトさせる係止機構部をノズルボディ１０２内の内部の第１の弁座１１６より下流側に設ける構成とした。係止機構部はアウターニードル１０１にインナーニードル１０８内を摺動可能なリフトピン１１５を設け、インナーニードル１０８の下端部１２１とリフトピン１１５の上端部が係止する簡潔な構成とした。
【００４５】
このように、係止機構部をノズルボディ１０２内に設ける構成により、後発してリフトするインナーニードル１０８をノズルボディ１０２内にコンパクトに構成することが可能となる。具体的には、例えばインナーニードル１０８の軸方向の長さを短く押さえて、Ｌ／Ｄを小さく設計できることによる強度上の信頼性向上、並びに燃料噴射弁の小型化への対応が可能となる。更にインナーニードル１０８を小型軽量化できたことにより、インナーニードル１０８のリフトの作動応答性が向上する。
【００４６】
以下、上述した係止機構部を採用した燃料噴射弁３１の詳細について述べる。第１参考例では、先行してリフトするアウターニードル１に遅れてインナーニードル８がリフトすると、先行してリフトするアウターニードル１が所定のリフト量に達し、後発してリフトするインナーニードル８を持上げる係止機構部を、第１の弁座１６より上流側に形成させたが、第２参考例では、先行してリフトするアウターニードル１０１に遅れてインナーニードル１０８がリフトすると、先行してリフトするアウターニードル１０１が所定のリフト量に達し、後発してリフトするインナーニードル１０８を持上げる係止機構部を、第１の弁座１１６より下流側に形成させた例を示す。第１参考例とは係止機構部の位置・構成のみ異なり、他の構成、作動は同じなので説明を省略する。
【００４７】
第２参考例で示す係止機構部周辺の構成を説明する。ノズルボディ１０２内にはアウターニードル１０１が摺動自在に収容され、燃料通路１０４、その下流にシート面１０５が設けられ、アウターニードル１０１の内側にインナーニードル１０８が摺動自在に収容されている。インナーニードル上端部１０９に噴射燃料圧力が加圧可能なように、アウターニードル１０１にはニードル内を左右に貫通するバイパス通路１１０を有する。更に、アウターニードル１０１にはインナーニードル１０８の円筒部１１２と摺動可能なガイド部１１３を備える。そしてインナーニードル１０８内を摺動可能なリフトピン１１５がインナーニードル１０８内を貫通し、アウターニードル１０１のバイパス通路１１０内上端部に支持されている。インナーニードル１０８の下端部１２１とリフトピン１１５の上端部１２０間寸法がインナー無効リフト量（ＨＤ０）を定める。
【００４８】
アウターニードル１０１の先端には、上記シート面１０５と接触する着座部分が設けられ、このアウターニードル１０１の着座する部分がシート面１０５に着座することにより、シート面１０５に第１の弁座１１６を形成している。このように形成された第１の弁座１１６が燃料通路１０４と第１の噴孔１０６との連通を遮断している。
【００４９】
インナーニードル１０８の先端には、上記シート面１０５と接触する着座部分が設けられ、このインナーニードル１０８の着座する部分がシート面１０５に着座することにより、シート面１０５に第２の弁座１１７を形成している。このように形成された第２の弁座１１７が第１の噴孔１０６と第２の噴孔１０７との連通を遮断している。
【００５０】
第１の噴孔１０６は燃料通路１０４よりも燃料下流側に設けられ、第２の噴孔１０７は第１の噴孔１０６よりも燃料下流側に設けられている。第１の弁座１１６は燃料通路１０４と第１の噴孔１０６との間に設けられ、第２の弁座１１７は第１の噴孔１０６と第２の噴孔１０７との間に設けられている。第２の弁座１１７よりも燃料下流側には第２の噴孔１０７と連通するサック室１０３ａが形成されており、インナーニードル１０８のリフト時、第２の噴孔１０７から初期噴射される燃料を一時的に蓄えている。
【００５１】
インナーニードル１０８の下端部とリフトピン１１５の上端部１２０間寸法であるインナー無効リフト量（ＨＤ０）のリフト行程間は、アウターニードル１０１が第１の弁座１１６から離座しリフトし第１の噴孔１０６のみから噴射が行われ、初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができる。
【００５２】
ここから、更にアウターニードル１０１がリフトするとインナーニードル１０８の下端部とリフトピン１１５の上端部１２０が接触し、インナーニードル１０８を第２の弁座１１７から離座させる。このインナーニードル１０８は、僅かでもリフトすると高圧燃料がインナーニードル円錐面１１８全体に負荷するため、インナーニードル１０８は瞬時にリフトし、第２の噴孔１０７からも燃料を噴射する。従って、噴射中期の噴射率を増加できる。以上の構成により第２参考例でも第１参考例と同様の噴射形態が得られる。
【００５３】
（第３参考例）
本発明の第３参考例による燃料噴射弁を図６に示す。図６は、本発明の第３参考例による燃料噴射弁のニードル部周辺を示す部分断面図である。先ず、本発明の課題である先行および後発してリフトする両ニードルの強度上の信頼性向上、並びに燃料噴射弁の小型化への対応方法について説明する。アウターニードル３０１とインナーニードル３０８の２本のニードルを備える燃料噴射弁において、インナーニードル３０１が先行してリフトし所定のリフト量に達すると、アウターニードル３０８をリフトさせる係止機構部をノズルボディ３０２内の内部の第１の弁座３１６より下流側に設ける構成とした。係止機構部はインナーニードル３０８に先端首端面３３３を設け、アウターニードル３０１の先端端面部３３４が係止する簡潔な構成とした。
【００５４】
このように、係止機構部をノズルボディ３０２内に設ける構成により、後発してリフトするアウターニードル３０１をノズルボディ３０２内にコンパクトに構成することが可能となる。具体的には、例えばアウターニードル３０１の軸方向の長さを短く押さえて、Ｌ／Ｄを小さく設計できることによる強度上の信頼性向上、並びに燃料噴射弁の小型化への対応が可能となる。更にアウターニードル３０８を小型軽量化できたことにより、アウターニードル３０８のリフトの作動応答性が向上する。
【００５５】
以下、上述した係止機構部を採用した燃料噴射弁３１の詳細について述べる。第１参考例では、先行してリフトするアウターニードルに遅れてインナーニードルがリフトすると、先行してリフトするアウターニードルが所定のリフト量に達し、後発してリフトするインナーニードルを持上げる係止機構部を、第１の弁座より上流側に形成させたが、第３参考例では、先行してリフトするインナーニードルに遅れてアウターニードルがリフトすると、先行してリフトするインナーニードルが所定のリフト量に達し、後発してリフトするアウターニードルを持上げる係止機構部を、第１の弁座３１６より下流側に形成させた例を示す。第１参考例とは先行してリフトするニードル、および係止機構部の位置・構成が異なる。他の構成、作動は同じなので説明を省略する。
【００５６】
第３参考例で示すニードル、および係止機構部周辺の構成を説明する。ノズルボディ３０２内には、第１参考例の説明時に示した図３中のプレッシャピン１９、制御ピストン２１を上部に構成するアウターニードル１に代わって、インナーニードル３０８が摺動自在に収容され、摺動部下には油溜り３０３がある。油溜り３０３より下部において、アウターニードル３０１はノズルボディ３０２内を摺動自在に収容され、アウターニードル３０１の内側にインナーニードル３０８が摺動自在に収容されるようインナーニードル３０８の外径は細く変化し構成される。つまり、油溜り３０３にアウターニードル３０１の上端面３５２を位置し、ノズルボディ３０２とアウターニードル３０１の摺動下部にシート面３０５が構成される。
【００５７】
油溜り３０３内の高圧燃料は、アウターニードル３０１の内径部とインナーニードル１０８の外形部の間に設けた燃料通路３０４を経由してアウターニードル３０１の下端部の蓄圧室３３７に蓄えられる。後発してリフトするアウターニードル３０１の上端面３５２は、油溜り３０３に位置しているので噴射燃料圧力がアウターニードル３０１の上端面３５２に作用し閉弁力として作用する。更に、閉弁力の補助としてアウターニードル３０１の摺動部径と同等の外径を持つ微力のスプリング３５０を付加してもよい。
【００５８】
図６に示す燃料噴射弁には、スプリング３５０を付加した例を示す。スプリング３５０はインナーニードル３０８の首下端面３５１とアウターニードル３０１の上端面３５２間に当接される。アウターニードル３０１の先端端面部３３４とインナーニードル３０８の先端首端面３３３間寸法がインナー無効リフト量（ＨＤ０）を定める。
【００５９】
ここで、インナーニードル３０８がリフトしアウターニードル３０１の先端端面部３３４とインナーニードル３０８の先端首端面３３３が当接すると、燃料通路３０４と第１の噴孔３０６、および第２の噴孔３０７への燃料供給路が閉塞されるのを防ぐため、アウターニードル３０１の先端端面部３３４に通路溝３３５を複数設けている。
【００６０】
アウターニードル３０１の先端には、上記シート面３０５と接触する着座部分が設けられ、このアウターニードル３０１の着座する部分がシート面３０５に着座することにより、シート面３０５に第１の弁座３１６を形成している。このように形成された第１の弁座３１６が燃料通路３０４と第１の噴孔３０６との連通を遮断している。
【００６１】
インナーニードル３０８の先端には、上記シート面３０５と接触する着座部分が設けられ、このインナーニードル３０８の着座する部分がシート面３０５に着座することにより、シート面３０５に第２の弁座３１７を形成している。このように形成された第２の弁座３１７が蓄圧室３３７と第２の噴孔３０７との連通を遮断している。
【００６２】
第２の噴孔３０７は第１の噴孔３０６よりも燃料下流側に設けられている。第１の弁座３１６は蓄圧室３３７と第１の噴孔３０６との間に設けられ、第２の弁座３１７は蓄圧室３３７と第２の噴孔３０７との間に設けられている。第２の弁座３１７よりも燃料下流側には第２の噴孔３０７と連通するサック室１０３ａが形成されており、インナーニードル３０８のリフト時、第２の噴孔３０７から初期噴射される燃料を一時的に蓄えている。
【００６３】
アウターニードル３０１の先端端面部３３４とインナーニードル３０８の先端首端面３３３間寸法であるインナー無効リフト量（ＨＤ０）のリフト行程間は、インナーニードル３０８が第２の弁座３１７から離座しリフトし第２の噴孔３０７のみから噴射が行われ、初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができる。
【００６４】
ここから、更にインナーニードル３０８がリフトするとアウターニードル３０１の先端端面部３３４とインナーニードル３０８の先端首端面３３３が接触し、アウターニードル３０１を第１の弁座３１６から離座させる。このアウターニードル３０１は、僅かでもリフトすると高圧燃料がアウターニードル円錐面３１８全体に負荷するため、アウターニードル３０１は瞬時にリフトし、第１の噴孔３０６からも燃料を噴射する。従って、噴射中期の噴射率を増加できる。以上の構成により第３参考例でも第１参考例と同様の噴射形態が得られる。
【００６５】
（実施形態）
本発明の一実施形態による燃料噴射弁を図７に示す。図７は、本発明の一実施形態による燃料噴射弁のニードル部周辺を示す全体断面図である。先ず、本発明の課題である先行および後発してリフトする両ニードルの強度上の信頼性向上、並びに燃料噴射弁の小型化への対応方法について説明する。
【００６６】
アウターニードル４０１とインナーニードル４０８の２本のニードルを備える燃料噴射弁において、インナーニードル４０１が先行してリフトし所定のリフト量に達すると、アウターニードル４０８をリフトさせる係止機構部をノズルボディ４０２内の内部の第１の弁座４１６より上流側に設ける構成とした。係止機構部はインナーニードル４０８に先端首端面４３３を設け、アウターニードル４０１の奥端面４３４が係止する簡潔な構成とした。
【００６７】
このように、係止機構部をノズルボディ４０２内に設ける構成により、後発してリフトするアウターニードル４０１をノズルボディ４０２内にコンパクトに構成することが可能となる。具体的には、例えばアウターニードル４０１の軸方向の長さを短く押さえて、Ｌ／Ｄを小さく設計できることによる強度上の信頼性向上、並びに燃料噴射弁の小型化への対応が可能となる。更にアウターニードル４０８を小型軽量化できたことにより、アウターニードル４０８のリフトの作動応答性が向上する。
【００６８】
以下、上述した係止機構部を採用した燃料噴射弁３１の詳細について述べる。第３参考例では、先行してリフトするインナーニードルに遅れてアウターニードルがリフトすると、先行してリフトするインナーニードルが所定のリフト量に達し、後発してリフトするアウターニードルを持上げる係止機構部を、第１の弁座より下流側に形成させたが、本実施形態では、先行してリフトするインナーニードルに遅れてアウターニードルがリフトすると、先行してリフトするインナーニードルが所定のリフト量に達し、後発してリフトするアウターニードルを持上げる係止機構部を、第１の弁座より上流側に形成させた例を示す。第３参考例とは係止機構部の位置・構成のみ異なり、他の構成、作動は同じなので説明を省略する。
【００６９】
本実施形態で示す係止機構部周辺の構成を説明する。油溜り４０３内の高圧燃料は、アウターニードル４０１の内径部とインナーニードル４０８の外形部の間に設けた燃料通路４０４を経由してアウターニードル４０１の下端部の蓄圧室４３７に蓄えられる。後発してリフトするアウターニードル４０１の上端面４５２は、油溜り４０３に位置し、噴射燃料圧力がアウターニードル４０１の上端面４５２に作用し閉弁力として作用する。更に、閉弁力の補助としてアウターニードル４０１の摺動部径と同等の外径を持つ微力のスプリングを付加してもよい。図７に示す燃料噴射弁には、スプリングを付加しない例を示す。
【００７０】
アウターニードル４０１の奥端面部４３４とインナーニードル４０８の先端首端面４３３間寸法がインナー無効リフト量（ＨＤ０）を定める。ここで、インナーニードル４０８がリフトしアウターニードル４０１の奥端面部４３４とインナーニードル４０８の先端首端面４３３が当接すると、燃料通路４０４と第１の噴孔４０６、および第２の噴孔４０７への燃料供給路が閉塞されるのを防ぐため、インナーニードル４０８の先端首端面４３３下部に通路溝４３５を複数設けている。
【００７１】
ノズルボディ４０２とアウターニードル４０１の摺動下部にシート面４０５が構成され、アウターニードル４０１の先端には、シート面４０５と接触する着座部分が設けられ、このアウターニードル４０１の着座する部分がシート面４０５に着座することにより、シート面４０５に第１の弁座４１６を形成している。このように形成された第１の弁座４１６が蓄圧室４３７と第１の噴孔４０６との連通を遮断している。
【００７２】
インナーニードル４０８の先端には、上記シート面４０５と接触する着座部分が設けられ、このインナーニードル４０８の着座する部分がシート面４０５に着座することにより、シート面４０５に第２の弁座４１７を形成している。このように形成された第２の弁座４１７が蓄圧室４３７と第２の噴孔４０７との連通を遮断している。
【００７３】
尚、先行してリフトするニードルがインナーニードルで後発してリフトするニードルがアウターニードルの場合、図８に示す構成とする。図８にアウターニードル４０１が第１の弁座４１６に着座する状態を示す。図８に示すように、アウターニードル４０１の先端部には、切欠き部４５３が形成され、この切欠き部４５３の下流側、上流側の各々のエッジがシート部４０１ａ，４０１ｂを構成している。
【００７４】
シート部４０１ａ，４０１ｂは、アウターニードル４０１が下降したとき、同時に第１の弁座４１６に着座するように構成されている。シート部４０１ａの第１の弁座４１６への着座によって、第１の噴孔４０６よりも図中下側と第１の噴孔４０６との連通を遮断する。これにより、通路溝４３５および蓄圧室４３７を介して流れてくる燃料が、第１の噴孔４０６から流出することを防止する。一方、シート部４０１ｂの第１の弁座４１６への着座によって、第１の噴孔４０６よりも図中上側と第１の噴孔４０６との連通を遮断する。これにより、アウターニードル４０１の外周と、ノズルボディ４０２の内周との間から漏れてくる燃料が、第１の噴孔４０６から流出することを防止する。
【００７５】
第２の弁座４１７よりも燃料下流側には第２の噴孔４０７と連通するサック室４０３ａが形成されており、インナーニードル４０８のリフト時、第２の噴孔４０７から初期噴射される燃料を一時的に蓄えている。
【００７６】
アウターニードル４０１の奥端面部４３４とインナーニードル４０８の先端首端面４３３間寸法であるインナー無効リフト量（ＨＤ０）のリフト行程間は、インナーニードル４０８が第２の弁座４１７から離座、リフトし第２の噴孔４０７のみから噴射が行われ、初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができる。
【００７７】
ここから、更にインナーニードル４０８がリフトするとアウターニードル４０１の奥端面部４３４とインナーニードル４０８の先端首端面４３３が接触し、アウターニードル４０１を第１の弁座４１６から離座させる。このアウターニードル４０１は、僅かでもリフトすると高圧燃料がアウターニードル円錐面４１８全体に負荷するため、アウターニードル４０１は瞬時にリフトし、第１の噴孔４０６からも燃料を噴射する。従って、噴射中期の噴射率を増加できる。以上の構成により本実施形態でも第３参考例と同様の噴射形態が得られる。
【００７８】
（第４参考例）
本発明の第４参考例である燃料噴射弁を図９に示す。図９は、本発明の第４参考例による燃料噴射弁のニードル部周辺を示す部分断面図であり、図５に示した燃料噴射弁のアウターニードル１０１、およびインナーニードル１０８からなる２つのニードルに対して、アッパーニードル７０１とアッパーニードル７０１の噴射側軸端部に配置するロワーニードル７０８の構成とし、アッパーニードル７０１が先行してリフトし所定のリフト量に達すると、ロワーニードル７０８をリフトさせる係止機構部を備えた点が異なる。図５に示す第２参考例と実質的に同一構成部品に同一符号を付し、説明を省略する。なお、図９は、アッパーニードル７０１、およびロワーニードル７０８ともにリフトする前の状態を示す。
【００７９】
以下、第４参考例で示すアッパーニードル７０１とロワーニードル７０８周辺の構成を説明する。ノズルボディ２内に摺動自在に収容され、シート面７０５に構成された第１の弁座７１６に着座することにより燃料通路７０４と第１の噴孔７０６との連通を遮断するアッパーニードル７０１と、シート面７０５に構成された第２の弁座７１７に着座することにより燃料通路７０４と第２の噴孔７０７との連通を遮断するロワーニードル７０８とを備える燃料噴射弁とした。そして、ロワーニードル７０８をアッパーニードル７０１の噴射側軸端部に配置させた。また、アッパーニードル７０１とロワーニードル７０８との間に設定されて、アッパーニードル７０１が先行してリフトし所定のリフト量に達すると、ロワーニードル７０８をリフトさせる係止機構部とを備える構成とした。
【００８０】
上述した係止機構部は、アッパーニードル７０１の軸方向に配設されるとともに、一端がアッパーニードル７０１の噴射側軸端部７０１ａに拘持される軸部７１４を備えた。この軸部７１４は、アッパーニードル７０１の軸中心に穴部を設けて圧入される。そして、軸部７１４がロワーニードル７０８の軸方向に設けた穴部７０８ａを摺動可能に貫通し、その貫通した軸部７１４の他端にロワーニードル７０８の噴射側軸端面７２１と係止する係止部７１５とを備えた。この係止部７１５は軸部７１４と一体形成され、組付け時においては、図９中下方よりロワーニードル７０８の穴部７０８ａを通した後にアッパーニードル７０１の穴部に圧入される。
【００８１】
上記した構成により、アッパーニードル７０１が先行してリフトし所定のリフト量に達すると、係止部７１５の上端面７２０がロワーニードル７０８の噴射側軸端面７２１と係止して、ロワーニードル７０８をリフトさせるのである。そして、ロワーニードル７０８の噴射側軸端面７２１と係止部７１５の上端面７２０間寸法がインナー無効リフト量（ＨＤ０）を定めている。
【００８２】
なお、係止機構部は上記した構成に限定されるものではなく、アッパーニードル７０１が先行してリフトし所定のリフト量に達すると、ロワーニードル７０８をリフトさせればよいのである。例えば上述した係止機構部のように軸部７１４がロワーニードル７０１を貫通するのではなく、ロワーニードルのアッパーニードル側端部を窪ませ、アッパーニードルにこの窪みに嵌まりかつ係止する形状の延接部を設け、両ニードル間を係止させる構成等が考えられる（図示せず）。
【００８３】
また、アッパーニードル７０１の噴射側軸端部７０１ａとロワーニードル７０８の上端面７２２との間に弾性部材としてのバネ（皿バネ構造）７３０を設けた。このバネ７３０は、燃料通路７０４よりの高圧燃料をロワーニードル７０８の上端面７５２に作用させてロワーニードル７０８を閉弁させる力に加えて、更にロワーニードル７０８への閉弁力を発生させ、ロワーニードル７０８の閉弁をより確実にさせている。よって、バネ７３０を装着しなくてもロワーニードル７０８は閉弁可能である。バネ７３０を装着しなければ、部品点数を削減しコスト低減に寄与する。ここで、バネ７３０を装着しない場合は、ロワーニードル７０８の材質を例えばゴム材により構成してロワーニードル７０８の第２の弁座７１７への着座性を高める事も有効である。
【００８４】
このように、先行してリフトする第１のニードルに追従させてリフトさせる第２のニードルを、第１のニードルの内周、あるいは外周に配置するのではなく、第２のニードルを噴射側軸端部７０１ａに配置する構成とした。つまり、ロワーニードル７０８をアッパーニードル７０１の噴射側軸端部７０１ａに配置する構成としたので、ロワーニードル７０８を小型化することができて開弁応答性を向上させる。また、ロワーニードル７０８の軸方向に設けた穴部７０８ａに軸部７１４を貫通させているので、ロワーニードル７０８の軸方向案内が可能となって、ロワーニードル７０８のリフトが安定する効果がある。
【００８５】
また、図５に示す燃料噴射弁では、アウターニードル１０１、インナーニードル１０８、およびリフトピン１１５の３者間にて摺動する構成であるので、これら３者間の加工には同軸度を要するが、本例ではロワーニードル７０８とアッパーニードル７０１の両者の摺動部が無い構成であるため、低コストな加工となる。
【００８６】
また更に、図５に示す燃料噴射弁では、アウターニードル１０１が着座している状態でバイパス通路１１０に燃料が供給されているので、アウターニードル１０１とインナーニードル１０８の摺動隙間を経由して第１の噴孔から燃料の漏れが危惧されるが、本例ではアッパーニードル７０１の着座状態において、燃料通路７０４よりの燃料を第１の弁座７１６にて遮断するので燃料漏れは起こらない構成である。
【００８７】
次に、アッパーニードル７０１、およびロワーニードル７０８が順次リフトする状態を図１０を用いて説明する。図１０は、図９に示した燃料噴射弁のニードルリフト経過を説明する説明図である。図１０（ａ）は、アッパーニードル７０１が＜ＨＤｏだけリフトした状態を示す。このアッパーニードル７０１のリフトとともに係止部７１５とを備えた軸部７１４もリフトしするが、このリフト量は＜ＨＤｏなので、ロワーニードル７０８は、第２の弁座７１７に着座したままの状態となって、第１の噴孔７０６からのみ噴射される。なお、このアッパーニードル７０１のリフトによって燃料通路７０４よりの燃料圧力がロワーニードル７０８の上端面７５２に作用し、バネ７３０の閉弁力とともにロワーニードル７０８への閉弁力を発生させている。
【００８８】
そして、アッパーニードル７０１が＞ＨＤｏリフトすると図１０（ｂ）の状態となる。このアッパーニードル７０１の＞ＨＤｏリフトは、係止部７１５を備えた軸部７１４も同様にリフトさせ、係止部７１５の上端面７２０がロワーニードル７０８の噴射側軸端面７２１と係止して、ロワーニードル７０８をリフトさせる。これにより、アッパーニードル７０１、およびロワーニードル７０８ともにリフトするので、第１の噴孔７０６および第２の噴孔７０７からも噴射される。
【００８９】
（他の例）
本発明に関連する他の例である燃料噴射弁を図１１に示す。図１１は、本発明に関連する他の例である燃料噴射弁を示す全体断面図である。第１参考例と実質的に同一構成部品に同一符号を付し、説明を省略する。図１１に示す燃料噴射弁５３１は、第１参考例に示した燃料噴射弁３１の先行してリフトするニードルを制御する制御手段を一段備える構成から、先行してリフトする一方のニードルを噴孔閉塞方向に付勢する第１と第２の制御手段を備える構成とした。一方のニードルが第１の制御手段によりリフトしたあと、一方のニードルを第２の制御手段によりリフト制御することにより、先行してリフトする一方のニードルは他方のニードルを係止機構部によりリフトさせる。
【００９０】
以下、詳細について述べる。第１の制御手段として第１ピストン５２１と第１制御室５２２、および第２の制御手段として第２ピストン５２４と第２制御室５２５が構成され、第１制御室５２２および第２制御室５２５内の燃料圧力を制御することによりアウターニードル１を２段階に軸方向に往復動させている。
【００９１】
アウターニードル１の反噴射側端部にはプレッシャピン１９を介して第１ピストン５２１、第１制御室５２２、第２ピストン５２４、第２制御室５２５の順で形成しており、プレッシャピン１９には噴孔閉塞方向に付勢する第１ばね２０を備える。アウターニードル１の最大リフト量（ＨＤｍａｘ）は、規制部材２９下端とアウターニードル１の上端面１ａ間の軸方向寸法で決定される。第１ピストン５２１がプレッシャピン１９を介してアウターニードル１に当接しノズルボデー２にシートしている時、第１ピストン５２１の上端部と第２ピストン５２４の下端部に挟まれた第１制御室５２２の軸方向の寸法ＨＤｘは、初動リフト量を形成している。アウターニードル１がリフトしてインナーニードル８がリフトされるまでの行程ＨＤｏは無効リフトとして設定する。初動リフト量（ＨＤｘ）と無効リフト（ＨＤｏ）の関係は、ＨＤｘ＜ＨＤｏになるよう調整する。
【００９２】
第１の制御手段により第１制御室５２２の圧力を低下させると、アウターニードル１を着座させている付勢力が低下し、アウターニードル１が弁座１７から離座する。つまり、アウターニードル１、プレッシャピン１９、および第１ピストン５２１が図１１中軸方向上方に上昇する。この時、第２制御室５２５は、高圧のままであるために、第１ピストン５２１と第２ピストン５２４との隙間ＨＤｘだけリフトし止る。この時、ＨＤｘ＜ＨＤｏに調整しているために、インナーニードル８は弁座１７に着座したままであり、第２の噴孔７からは燃料は噴射されない。従って、低噴射率で微粒化した噴霧を噴射できる。
【００９３】
第１および第２の制御手段により第１制御室５２２および第２制御室５２５の圧力を低下させると、アウターニードル１を着座させている付勢力が低下し、アウターニードル１が弁座１７から離座する。つまり、アウターニードル１、プレッシャピン１９、および第１ピストン５２１が図１１中軸方向上方に上昇する。この時、第２制御室５２５も低圧であるために、第１ピストン５２１と第２ピストン５２４との隙間ＨＤｘよりもさらにリフトする。第２ピストン５２４上部にはノズル隙間ＨＤｍａｘ−ＨＤｘ以上の隙間を設けているために、ノズル隙間ＨＤｍａｘで止る。この際、無効リフトＨＤｏは、ＨＤｘ＜ＨＤｏ＜ＨＤｍａｘに調整されているために、リフトの途中でアウターニードル１がリフトピン１５によってインナーニードル８をリフトさせて、第２噴孔からも燃料が噴射される。従って、高噴射率で微粒化した噴霧を噴射できる。
【００９４】
また図示しないが、第１の制御手段のみを有する燃料噴射弁の構成において、第１の制御手段のみによるリフト制御であっても、アウターニードル１を無効リフトＨＤｏ分だけリフトするように制御することで第１の噴孔１０６からのみ噴射させる。これをプレリフトによる噴射とし、その後、更にアウターニードル１をフルリフトさせることで、第１の噴孔１０６および第２の噴孔１０７双方からの噴射を可能とする。また更に、このプレリフト（ＨＤｏ）は、低噴射率、かつ微粒化噴霧が可能となることから、エンジンの運転領域によってはプレリフト（ＨＤｏ）を複数回連続させて１燃焼分の噴射を行うようにリフト制御させれば、良好な燃焼が得られる噴射が実現する。
【００９５】
次に、燃料噴射弁５３１内のアウターニードル１のリフト制御に係る燃料通路と燃料の流れについて説明する。高圧燃料は、燃料入口２７へ導入され燃料溜り３に供給されるとともに第１制御室５２２および第２制御室５２５へ供給される。アウターニードル１のリフト制御は、第２制御室５２５の上部に設けたアウターバルブ５２７、およびアウターバルブ５２７内側に往復移動可能に収容されるインナーバルブ５２８、電磁コイル５２３により構成される電磁弁５３０により行われる。電磁弁５３０は、第１制御室５２２と高圧燃料が燃料タンク側へ排出される低圧通路との連通を開閉するアウターバルブ５２７と、第２制御室５２５と高圧燃料が燃料タンク側へ排出される低圧通路との連通を開閉するインナーバルブ５２８が配置される。
【００９６】
ここで、電磁コイル５２３へ供給される電流値を２段階に通電制御することにより、インナーバルブ５２８、アウターバルブ５２７の開閉操作を各々別個に行う。先ず、第３ばね５１１の付勢力により第１制御室５２２と低圧通路との連通を閉じているアウターバルブ５２７に抗して、アウターバルブ５２７を開弁可能な電流を電磁コイル５２３へ通電する。この時、電磁コイル５２３により発生する励起吸引力を、インナーバルブ５２８よりアウターバルブ５２７が受けやすいバルブ形状および、第２ばねと第３ばねの付勢力の調整によりアウターバルブ５２７のみ開弁するよう構成される。これにより第１制御室５２２内の高圧燃料は、低圧通路へ排出され第１ピストン５２１がリフトしする。次いで、電磁コイル５２３へ供給される電流値をさらに高くすると、第２ばね５１０の付勢力により第２制御室５２５と低圧通路との連通を閉じているインナーバルブ５２８は開弁し、出口絞り５２６を経て第２制御室５２５内の高圧燃料は、低圧通路へ排出され第２ピストン５２４がリフトする。
【００９７】
上述した燃料噴射弁５３１の構成例は、ノズル部に２本のニードルを有し、先行してリフトするニードルが所定のリフトをしたあと後発するリフトを持上げる機構を備え、各ニードルによって開口される噴孔を有するノズル部と、ニードルを付勢する付勢手段を２段に備え、一回の噴射期間中にアウターニードルのリフトを段階的に制御することができるニードル制御部とを組み合せた。
【００９８】
これにより、上述した２本のニードルを有するノズル部の燃料の噴霧分布が拡大する効果および、初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができる効果に加え、ニードルのリフトを一回の噴射期間中に段階的に制御するニードル制御部により、燃料噴射率の段階的な制御を任意に実現できる。
【００９９】
この燃料噴射弁を用いれば、例えば、無負荷運転時および部分負荷運転時においては、アウターニードルのみ開弁し、全負荷等の高負荷時にはアウターニードルが開弁後、インナーニードルが開弁するようにする。あるいは、アウターニードルが開弁後インナーニードルが開弁する時期を調整することにより部分負荷時の各種エンジンの運転条件に最も適した噴霧形態が実現できる。
【０１００】
このように、先行してリフトするニードルを付勢する付勢力が変化する複数の付勢手段を備えることにより、より最適にエンジンの運転状態により所望される噴射形態に燃料噴射率を適合可能となり、更にＮＯｘや煤等のパティキュレートの発生が低減するとともに燃費を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１参考例による燃料噴射弁のノズル部を示す全体断面図である。
【図２】本発明の第１参考例による燃料噴射弁のノズル部を示す部分断面図である。
【図３】本発明の第１参考例による燃料噴射弁全体を示す模式的断面図である。
【図４】本発明の第１参考例による燃料噴射弁を燃料供給システムに適用した一形態を示すシステム図である。
【図５】本発明の第２参考例による燃料噴射弁のニードル部周辺を示す部分断面図である。
【図６】本発明の第３参考例による燃料噴射弁のニードル部周辺を示す部分断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による燃料噴射弁のニードル部周辺を示す全体断面図である。
【図８】図７中のＡ部を示す部分拡大図である。
【図９】本発明の第４参考例による燃料噴射弁のニードル部周辺を示す部分断面図である。
【図１０】図９に示した燃料噴射弁のニードルリフト経過を説明する説明図である。
【図１１】本発明に関連する他の例である燃料噴射弁を示す全体断面図である。
【図１２】従来例の燃料噴射弁を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１アウターニードル
２ノズルボディー
３燃料溜り
６第１の噴孔（アウターニードルにより開口操作）
７第２の噴孔（インナーニードルにより開口操作）
８インナーニードル
１６第１の弁座（アウターニードルのシート部）
１７第２の弁座（インナーニードルのシート部）
３１燃料噴射弁
７０１アッパーニードル
７０１ａ（アッパーニードルの）噴射側軸端部
７１４軸部
７１５係止部
７０８ロワーニードル
７０８ａ穴部
７２１（ロワーニードルの）噴射側軸端面
７３０バネ（弾性部材）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection valve for an internal combustion engine (hereinafter referred to as an “internal combustion engine”) for injecting fuel directly into a cylinder, for example.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in diesel engines and the like, from the viewpoint of environmental protection, in order to reduce harmful components contained in exhaust gas and to further improve fuel efficiency, it is desired to optimize and achieve spraying by fuel injection. . Specifically, for example, the injection rate is reduced at the initial stage of injection, and the injection rate is increased at the middle stage of injection. This suppresses the injection amount during the ignition delay period, reduces the NOx generation amount, increases the injection rate in the middle injection period, and injects the required fuel in a short period of time, thereby activating combustion, and in the exhaust gas It is possible to reduce the amount of black smoke that is one of the harmful components contained.
[0003]
As a fuel injection valve for the purpose of optimizing the fuel injection, many techniques have been proposed in which, for example, needle lift is reduced and injection is performed in a state where the seat throttle, that is, the actual injection pressure is reduced. However, this method cannot provide a sufficient exhaust purification effect.
[0004]
As a method for improving this, there has been proposed an injection valve having two needles and having nozzle holes that are opened and closed by the needles. As a fuel injection valve for this purpose, it is known that a pressure accumulation type fuel injection valve is disclosed in JP-A-9-32687.
[0005]
The fuel injection valve disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-32687 has a configuration shown in FIG. 12, for example. The second nozzle needle 625 in FIG. 12 is accommodated in a hollow cylindrical first nozzle needle 620 so as to be capable of reciprocating. When high-pressure fuel in a first pressure control chamber (not shown) is discharged, the first nozzle needle 620 is lifted, and high-pressure fuel supplied from the common rail is injected from the first injection hole 631. When the shim 635 is locked to the end surface 627a of the second nozzle needle 625 during the lifting of the first nozzle needle 620, the second nozzle needle 625 is lifted together with the first nozzle needle 620, and the first injection Fuel is also injected from the second injection hole 632 in addition to the hole 631. Since the second nozzle needle 625 is lifted in accordance with the lift of the first nozzle needle 620, the fuel spray distribution is expanded.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the configuration of the fuel injection valve in the conventional proposal of FIG. 12, the end surface 627a of the second nozzle needle 625, which is the part where the first nozzle needle 620 lifts the second nozzle needle 625, is the first seat portion. Located within the distance piece 613 is a spring 629 that is provided far upstream of the 611 and biases the second nozzle needle 625 to close. In the distance piece 613, the first nozzle needle 620 and the second nozzle needle 625 are arranged on the upper part of the nozzle body 611 provided in the internal axial direction. That is, the spring 629 is outside the nozzle body 611.
[0007]
Therefore, the total length of the second nozzle needle 625 is substantially equal to the total length of the first nozzle needle 20 and is coaxial, so that when the outer shape of the first nozzle needle 620 is φ4 to 5 mm, the second nozzle needle The diameter of 625 is φ1 to 3 mm, and it is difficult to mount the spring 629 within this diameter. Furthermore, since the second nozzle needle 625 forms a hollow needle and has a long overall length, there is a problem in strength. In order to avoid this, it is necessary to increase the diameters of the first and second nozzle needles as a whole. However, this increases the size of the fuel injection valve, which makes it difficult to attach to the engine.
[0008]
The present invention has been made on the basis of the above circumstances, and its purpose is to improve the reliability of the strength of both needles that are lifted up first and later, and to achieve fuel injection that can cope with downsizing of the fuel injection valve. To provide a valve.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, according to the fuel injection valve of claim 1 of the present invention, outer Needle and inner The two needles of the needle are arranged so as to be reciprocally movable in a coaxial relationship and lifted in advance. inner If you control the needle lift, inner Following the needle lift, the locking mechanism outer Lift the needle. As described above, the fuel injection valve is configured such that the second injection hole can be opened and closed stepwise from the first injection hole by the lift of the two needles. outer The entire length of the needle lifts ahead inner The configuration is shorter than the needle. In other words, lift later outer The length of the needle in the axial direction (L) with respect to the needle diameter (D), L / D (hereinafter simply referred to as L / D) can be designed to be small by keeping the needle axial length short. This makes it possible to improve the reliability of the strength and to reduce the size of the fuel injection valve.
[0011]
Claims of the invention 1 According to the described fuel injection valve, since the locking mechanism is provided on the fuel downstream side of the fuel reservoir, the axial length of the outer needle that is lifted later is further reduced, and L / D is reduced. It is possible to improve the reliability in strength by being able to be designed to be small and to reduce the size of the fuel injection valve.
[0015]
Claims of the invention 1 According to the described fuel injection valve, when the inner needle is lifted in advance, the high pressure fuel is guided from the fuel downstream side of the first injection hole, and the fuel is injected from the first injection hole. Therefore, by providing the first valve seats at two locations upstream and downstream of the first nozzle hole, fuel is not injected from the first nozzle hole even when the inner needle is lifted. .
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention Reference examples and Embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
[0025]
(First Reference example )
First of the present invention Reference example FIG. 4 shows an example of a fuel supply system to which the fuel injection valve is applied. The high-pressure fuel supplied from the high-pressure fuel supply pump 1A to the common rail 3A through the fuel pipe 2A is accumulated at a constant high pressure in the pressure accumulation chamber in the common rail 3A, and is a fuel injection valve disposed in each cylinder via the fuel pipe 4A. 31. Of the fuel supplied to the fuel injection valve 31, surplus fuel is returned to the fuel tank 5A.
[0026]
Next, the first of the present invention Reference example The fuel injection valve will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 3. FIG. 1 shows the first of the present invention. Reference example It is a whole sectional view showing a nozzle part of a fuel injection valve by. FIG. 2 shows the first of the present invention. Reference example It is a fragmentary sectional view which shows the nozzle part of the fuel injection valve by. FIG. 3 shows the first of the present invention. Reference example It is a typical sectional view showing the whole fuel injection valve by.
[0027]
First, a description will be given of a method for dealing with the improvement in strength of both needles that are lifted in advance and later, and the miniaturization of the fuel injection valve, which are the problems of the present invention. In a fuel injection valve having two needles, an outer needle 1 and an inner needle 8, when the outer needle 1 is lifted first and reaches a predetermined lift amount, a locking mechanism portion that lifts the inner needle 8 is provided as a nozzle body 2. It was set as the structure provided in the upstream from the 1st valve seat 16 inside. The locking mechanism portion has a simple configuration in which an adjustment hole 14 that is a hole is provided in the shaft portion of the outer needle 1 and a lift pin 15 that is a locking shaft portion is passed through the shaft portion of the inner needle 8.
[0028]
As described above, the configuration in which the locking mechanism portion is provided in the nozzle body 2 enables the inner needle 8 that is later lifted to be compactly configured in the nozzle body 2. Specifically, for example, it is possible to reduce the length of the inner needle 8 in the axial direction and to design a small L / D, thereby improving the reliability in strength and reducing the size of the fuel injection valve. Further, since the inner needle 8 can be reduced in size and weight, the lift responsiveness of the inner needle 8 is improved.
[0029]
Hereinafter, details of the fuel injection valve 31 employing the above-described locking mechanism will be described. The fuel injection valve 31 is inserted and mounted in an engine head for each cylinder of an engine (not shown), and is configured to inject fuel toward a combustion chamber formed between the cylinder of the engine and a piston that reciprocates in the cylinder. Has been. The fuel injection valve 31 is provided with control means for controlling the lift of the outer needle 1. The control means includes a control chamber 22 and a control piston 21, and controls the fuel pressure in the control chamber 22 to reciprocate the outer needle 1 in the axial direction, thereby adjusting the injection timing and injection amount of the fuel injection valve 31. is doing. The relationship with the inner needle that lifts according to the lift of the outer needle 1 will be described later.
[0030]
The high-pressure fuel supplied from the fuel supply pump 1 </ b> A via the pressure accumulation chamber 3 </ b> A is supplied to the fuel reservoir 3 via the fuel inlet 27 and the fuel introduction passage 28, and is also supplied to the control chamber 22. The high-pressure fuel in the control chamber 22 can be discharged to the fuel tank 5A by the control of the electromagnetic valve 30.
[0031]
The outer needle 1 is slidably accommodated in the nozzle body 2 of the fuel injection valve 31, an oil reservoir 3 and a fuel passage 4 are provided below the sliding portion, and a seat surface 5 is provided downstream of the outer needle 1. 1, an inner needle 8 is slidably accommodated. The outer needle 1 has a bypass passage 10 penetrating the needle left and right, and an inner needle 8 is slidable in the outer needle 1 so that the injected fuel pressure can be applied to the upper end portion 9 of the inner needle. The valve-closing chamber 11 communicates with. Further, the outer needle 1 communicates with a cylindrical portion 12 of the inner needle 8 and a slidable guide portion 13 and an adjustment hole 14 penetrating the outer needle 1 from side to side. A lift pin 15 inserted right and left in the inner needle 8 is located in the adjustment hole 14. The dimension between the lower end of the adjustment hole 14 and the lower end of the lift pin 15 determines the inner invalid lift amount (HD0).
[0032]
At the tip of the outer needle 1, a seating portion that comes into contact with the seat surface 5 is provided. When the seating portion of the outer needle 1 is seated on the seat surface 5, the first valve seat 16 is placed on the seat surface 5. Forming. The first valve seat 16 formed in this way blocks communication between the fuel passage 4 and the first injection hole 6.
[0033]
At the tip of the inner needle 8, a seating portion that comes into contact with the seat surface 5 is provided. When the seating portion of the inner needle 8 is seated on the seat surface 5, the second valve seat 17 is placed on the seat surface 5. Forming. The second valve seat 17 formed in this way blocks communication between the first nozzle hole 6 and the second nozzle hole 7.
[0034]
The first nozzle hole 6 is provided on the fuel downstream side of the fuel passage 4, and the second nozzle hole 7 is provided on the fuel downstream side of the first nozzle hole 6. The first valve seat 16 is provided between the passage 4 and the first injection hole 6, and the second valve seat 17 is provided between the first injection hole 6 and the second injection hole 7. Yes. A sac chamber 3 a communicating with the second injection hole 7 is formed on the fuel downstream side of the second valve seat 17, and fuel that is initially injected from the second injection hole 7 when the inner needle 8 is lifted. Is temporarily stored.
[0035]
A control piston 21 is formed on the end of the outer needle 1 opposite to the injection side via a pressure pin 19, and the pressure pin 19 includes a first spring 20 that is urged in the injection hole closing direction.
[0036]
The electromagnetic valve 30 for controlling the fuel pressure in the control chamber 22 is constituted by an electromagnetic coil 23, a control valve 24, a second spring 25, and an outlet throttle 26 that connects the control chamber 22 and a passage discharged to the fuel tank 5A. The control valve 24 opens and closes the outlet throttle 26.
[0037]
When the energization of the electromagnetic coil 23 is turned off, the control valve 24 closes the outlet throttle 26 by the urging force of the second spring 25. Then, the high pressure fuel is supplied to the control chamber 22, and the urging force that the outer needle 1 receives toward the first valve seat 16 by the first spring 20 and the fuel pressure in the control chamber 22 are directed toward the first valve seat 16. Therefore, the outer needle 1 is seated on the first valve seat 16 because the sum of the force and the force received is larger than the force received in the lift direction by the fuel pressure in the fuel reservoir 3.
[0038]
When energization of the electromagnetic coil 23 is turned on, the control valve 24 opens the outlet throttle 26, and the high-pressure fuel in the control chamber 22 is discharged to the fuel tank through the outlet throttle 26, and the fuel pressure in the control chamber 22 decreases. As a result, the outer needle 1 is lifted away from the first valve seat 16.
[0039]
Here, the relationship with the inner needle 8 which lifts according to the lift of the outer needle 1 will be described. During the lift stroke of the inner invalid lift amount (HD0), which is the dimension between the lower end portion of the adjustment hole 14 and the lower end portion of the lift pin 15, the outer needle 1 is separated from the first valve seat 16 and lifted, and the first injection hole 6 is lifted. Thus, the initial injection pressure can be increased while reducing the initial injection rate.
[0040]
From this point, when the outer needle 1 is further lifted, the lower end portion of the adjustment hole 14 comes into contact with the lower end portion of the lift pin 15, and the inner needle 8 is separated from the second valve seat 17. When the inner needle 8 is lifted even slightly, the high-pressure fuel is loaded on the entire inner needle conical surface 18, so that the inner needle 8 is lifted instantaneously and fuel is also injected from the second injection hole 7. Therefore, it is possible to increase the injection rate in the middle of injection.
[0041]
The maximum lift amount (HDmax) of the outer needle 1 is determined by the axial dimension between the lower end of the regulating member 29 and the upper end surface 1 a of the outer needle 1. The lift amount of the inner needle 8 is (HDmax−HD0). In this way, it becomes possible to inject fuel at a two-stage fuel injection rate, and the fuel spray distribution is expanded. Thus, in the series of injection operations, the initial injection pressure can be increased while reducing the initial injection rate, so that the fuel is finely atomized and injected into the combustion chamber at the time of the initial injection, and the combustion efficiency is increased.
[0042]
Next, by further lifting and increasing the injection rate in the middle injection period, the injection amount during the ignition delay period is suppressed, the NOx generation amount is reduced, the injection rate in the intermediate injection period is increased, and the required fuel is injected in a short period of time. In this way, the combustion can be activated, and the amount of black smoke, which is one of the harmful components contained in the exhaust gas, can be reduced.
[0043]
(Second Reference example )
Second of the present invention Reference example FIG. 5 shows a fuel injection valve according to the above. FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. Reference example It is a fragmentary sectional view showing the needle part circumference of a fuel injection valve by. First, a description will be given of a method for dealing with the improvement in strength of the strength of both the first and second needles, which are the subjects of the present invention, and the miniaturization of the fuel injection valve.
[0044]
In the fuel injection valve including the two needles of the outer needle 101 and the inner needle 108, when the outer needle 101 is lifted first and reaches a predetermined lift amount, a locking mechanism portion that lifts the inner needle 108 is provided as a nozzle body 102. It was set as the structure provided in the downstream from the inside 1st valve seat 116 inside. The locking mechanism has a simple configuration in which the outer needle 101 is provided with a lift pin 115 slidable in the inner needle 108 and the lower end 121 of the inner needle 108 and the upper end of the lift pin 115 are locked.
[0045]
As described above, the structure in which the locking mechanism portion is provided in the nozzle body 102 enables the inner needle 108 that is later lifted to be configured in the nozzle body 102 in a compact manner. Specifically, for example, the length of the inner needle 108 in the axial direction can be kept short and the L / D can be designed to be small, so that it is possible to improve the reliability in strength and to cope with downsizing of the fuel injection valve. Further, since the inner needle 108 can be reduced in size and weight, the lift responsiveness of the inner needle 108 is improved.
[0046]
Hereinafter, details of the fuel injection valve 31 employing the above-described locking mechanism will be described. First Reference example Then, when the inner needle 8 lifts behind the outer needle 1 that lifts in advance, the outer needle 1 that lifts in advance reaches a predetermined lift amount and lifts the inner needle 8 that lifts later. The portion is formed upstream of the first valve seat 16, but the second Reference example Then, when the inner needle 108 is lifted behind the outer needle 101 that has been lifted in advance, the outer needle 101 that has been lifted in advance reaches a predetermined lift amount and lifts the inner needle 108 that is lifted later. The example which formed the part in the downstream from the 1st valve seat 116 is shown. First Reference example Since only the position and configuration of the locking mechanism portion is different from the above, and the other configurations and operations are the same, the description thereof will be omitted.
[0047]
Second Reference example The structure around the locking mechanism shown in FIG. An outer needle 101 is slidably accommodated in the nozzle body 102, a fuel passage 104, a seat surface 105 is provided downstream thereof, and an inner needle 108 is slidably accommodated inside the outer needle 101. The outer needle 101 has a bypass passage 110 penetrating left and right in the needle so that the injected fuel pressure can be applied to the upper end portion 109 of the inner needle. Further, the outer needle 101 includes a guide portion 113 that can slide with the cylindrical portion 112 of the inner needle 108. A lift pin 115 slidable in the inner needle 108 passes through the inner needle 108 and is supported by an upper end portion of the outer needle 101 in the bypass passage 110. The dimension between the lower end 121 of the inner needle 108 and the upper end 120 of the lift pin 115 determines the inner invalid lift amount (HD0).
[0048]
A seating portion that contacts the seat surface 105 is provided at the tip of the outer needle 101, and the seating portion of the outer needle 101 is seated on the seat surface 105, whereby the first valve seat 116 is placed on the seat surface 105. Forming. The first valve seat 116 formed in this way blocks communication between the fuel passage 104 and the first injection hole 106.
[0049]
A seating portion that contacts the seat surface 105 is provided at the tip of the inner needle 108, and the seating portion of the inner needle 108 is seated on the seat surface 105, whereby the second valve seat 117 is placed on the seat surface 105. Forming. The second valve seat 117 formed in this way blocks communication between the first nozzle hole 106 and the second nozzle hole 107.
[0050]
The first injection hole 106 is provided on the fuel downstream side of the fuel passage 104, and the second injection hole 107 is provided on the fuel downstream side of the first injection hole 106. The first valve seat 116 is provided between the fuel passage 104 and the first injection hole 106, and the second valve seat 117 is provided between the first injection hole 106 and the second injection hole 107. ing. A sac chamber 103a communicating with the second injection hole 107 is formed on the fuel downstream side of the second valve seat 117, and fuel initially injected from the second injection hole 107 when the inner needle 108 is lifted. Is temporarily stored.
[0051]
During the lift stroke of the inner invalid lift amount (HD0), which is the dimension between the lower end portion of the inner needle 108 and the upper end portion 120 of the lift pin 115, the outer needle 101 is lifted away from the first valve seat 116 and lifted. Injection is performed only from the hole 106, and the initial injection pressure can be increased while reducing the initial injection rate.
[0052]
From this point, when the outer needle 101 is further lifted, the lower end portion of the inner needle 108 and the upper end portion 120 of the lift pin 115 come into contact with each other, and the inner needle 108 is separated from the second valve seat 117. When the inner needle 108 is lifted even slightly, the high-pressure fuel is loaded on the entire inner needle conical surface 118, so that the inner needle 108 is lifted instantaneously and fuel is also injected from the second injection hole 107. Therefore, it is possible to increase the injection rate in the middle of injection. With the above configuration, the second Reference example But first Reference example The injection form similar to is obtained.
[0053]
(No. 3 Reference examples )
First of the present invention 3 Reference examples A fuel injection valve is shown in FIG. FIG. 6 shows the first aspect of the present invention. 3 Reference examples It is a fragmentary sectional view showing the needle part circumference of a fuel injection valve by. First, a description will be given of a method for dealing with the improvement in strength of the strength of both the first and second needles, which are the subjects of the present invention, and the miniaturization of the fuel injection valve. In a fuel injection valve having two needles, an outer needle 301 and an inner needle 308, when the inner needle 301 is lifted first and reaches a predetermined lift amount, a locking mechanism portion that lifts the outer needle 308 is provided as a nozzle body 302. It was set as the structure provided in the downstream from the inside 1st valve seat 316 inside. The locking mechanism portion has a simple configuration in which the inner needle 308 is provided with a tip neck end surface 333 and the tip end surface portion 334 of the outer needle 301 is locked.
[0054]
As described above, the configuration in which the locking mechanism portion is provided in the nozzle body 302 enables the outer needle 301 that is later lifted to be compactly configured in the nozzle body 302. Specifically, for example, it is possible to reduce the length of the outer needle 301 in the axial direction and reduce the L / D, thereby improving the strength reliability and reducing the size of the fuel injection valve. Further, since the outer needle 308 can be reduced in size and weight, the lift operation responsiveness of the outer needle 308 is improved.
[0055]
Hereinafter, details of the fuel injection valve 31 employing the above-described locking mechanism will be described. In the first reference example, when the inner needle lifts behind the outer needle that is lifted in advance, the outer needle that is lifted in advance reaches a predetermined lift amount and lifts the inner needle that is lifted later. The part is formed upstream of the first valve seat. 3 Reference examples Then, when the outer needle lifts behind the inner needle that is lifted in advance, the inner needle that is lifted in advance reaches a predetermined lift amount, and the locking mechanism portion that lifts the outer needle that is lifted later is An example in which the first valve seat 316 is formed on the downstream side is shown. The first reference example is different in the position and configuration of the needle that lifts in advance and the locking mechanism. Since other configurations and operations are the same, the description thereof is omitted.
[0056]
First 3 Reference examples The configuration around the needle and the locking mechanism portion will be described. In the nozzle body 302, an inner needle 308 is slidably accommodated in place of the outer needle 1 that constitutes the upper part of the pressure pin 19 and the control piston 21 in FIG. 3 shown in the description of the first reference example. There is an oil sump 303 under the sliding portion. Below the oil sump 303, the outer needle 301 is slidably accommodated in the nozzle body 302, and the outer diameter of the inner needle 308 changes so that the inner needle 308 is slidably accommodated inside the outer needle 301. Configured. That is, the upper end surface 352 of the outer needle 301 is positioned in the oil reservoir 303, and the seat surface 305 is configured at the lower sliding portion of the nozzle body 302 and the outer needle 301.
[0057]
The high-pressure fuel in the oil reservoir 303 is stored in a pressure accumulation chamber 337 at the lower end of the outer needle 301 via a fuel passage 304 provided between the inner diameter portion of the outer needle 301 and the outer shape portion of the inner needle 108. Since the upper end surface 352 of the outer needle 301 that lifts later is located in the oil reservoir 303, the injected fuel pressure acts on the upper end surface 352 of the outer needle 301 and acts as a valve closing force. Further, a weak spring 350 having an outer diameter equivalent to the sliding portion diameter of the outer needle 301 may be added as an assist for the valve closing force.
[0058]
An example in which a spring 350 is added to the fuel injection valve shown in FIG. 6 is shown. The spring 350 is brought into contact with the lower end surface 351 of the inner needle 308 and the upper end surface 352 of the outer needle 301. The dimension between the tip end surface portion 334 of the outer needle 301 and the tip neck end surface 333 of the inner needle 308 determines the inner invalid lift amount (HD0).
[0059]
Here, when the inner needle 308 is lifted and the tip end surface portion 334 of the outer needle 301 and the tip neck end surface 333 of the inner needle 308 contact each other, the fuel passage 304, the first injection hole 306, and the second injection hole 307 are brought into contact. In order to prevent the fuel supply path from being blocked, a plurality of passage grooves 335 are provided in the tip end surface portion 334 of the outer needle 301.
[0060]
A seating portion that contacts the seat surface 305 is provided at the tip of the outer needle 301, and the seating portion of the outer needle 301 is seated on the seat surface 305, so that the first valve seat 316 is placed on the seat surface 305. Forming. The first valve seat 316 formed in this way blocks communication between the fuel passage 304 and the first injection hole 306.
[0061]
A seating portion that contacts the seat surface 305 is provided at the tip of the inner needle 308, and the seating portion of the inner needle 308 is seated on the seat surface 305, whereby the second valve seat 317 is placed on the seat surface 305. Forming. The second valve seat 317 formed in this way blocks communication between the pressure accumulating chamber 337 and the second injection hole 307.
[0062]
The second injection hole 307 is provided on the fuel downstream side of the first injection hole 306. The first valve seat 316 is provided between the pressure accumulation chamber 337 and the first injection hole 306, and the second valve seat 317 is provided between the pressure accumulation chamber 337 and the second injection hole 307. A sac chamber 103a communicating with the second nozzle hole 307 is formed on the fuel downstream side of the second valve seat 317, and fuel that is initially injected from the second nozzle hole 307 when the inner needle 308 is lifted. Is temporarily stored.
[0063]
During the lift stroke of the inner invalid lift amount (HD0), which is the dimension between the tip end surface portion 334 of the outer needle 301 and the tip neck end surface 333 of the inner needle 308, the inner needle 308 is separated from the second valve seat 317 and lifted. Injection is performed only from the second injection hole 307, and the initial injection pressure can be increased while reducing the initial injection rate.
[0064]
From this point, when the inner needle 308 is further lifted, the distal end surface portion 334 of the outer needle 301 and the distal neck end surface 333 of the inner needle 308 come into contact with each other, and the outer needle 301 is separated from the first valve seat 316. When the outer needle 301 is slightly lifted, the high-pressure fuel is loaded on the entire outer needle conical surface 318, so that the outer needle 301 is lifted instantaneously and fuel is also injected from the first injection hole 306. Therefore, it is possible to increase the injection rate in the middle of injection. With the above configuration 3 Reference examples However, the injection form similar to the first reference example can be obtained.
[0065]
(Actual Embodiment)
Of the present invention one FIG. 7 shows a fuel injection valve according to the embodiment. FIG. 7 illustrates the present invention. one It is a whole sectional view showing the needle part circumference of a fuel injection valve by an embodiment. First, a description will be given of a method for dealing with the improvement in strength of the strength of both the first and second needles, which are the subjects of the present invention, and the miniaturization of the fuel injection valve.
[0066]
In a fuel injection valve having two needles, an outer needle 401 and an inner needle 408, a nozzle mechanism 402 is provided with a locking mechanism that lifts the outer needle 408 when the inner needle 401 lifts in advance and reaches a predetermined lift amount. It was set as the structure provided in the upstream from the inside 1st valve seat 416 inside. The locking mechanism portion has a simple configuration in which the inner needle 408 is provided with a tip neck end surface 433 and the inner end surface 434 of the outer needle 401 is locked.
[0067]
As described above, the configuration in which the locking mechanism portion is provided in the nozzle body 402 enables the outer needle 401 that is later lifted to be configured in the nozzle body 402 in a compact manner. Specifically, for example, the length of the outer needle 401 in the axial direction can be reduced and the L / D can be designed to be small, so that the reliability in strength can be improved and the fuel injection valve can be reduced in size. Further, since the outer needle 408 can be reduced in size and weight, the lift responsiveness of the outer needle 408 is improved.
[0068]
Hereinafter, details of the fuel injection valve 31 employing the above-described locking mechanism will be described. First 3 Reference examples Then, when the outer needle lifts behind the inner needle that is lifted in advance, the inner needle that is lifted in advance reaches a predetermined lift amount, and the locking mechanism portion that lifts the outer needle that is lifted later is 1 was formed downstream of the valve seat, Book In the embodiment, when the outer needle lifts behind the inner needle that is lifted in advance, the locking mechanism portion that lifts the outer needle that is lifted later after the inner needle that has been lifted in advance reaches a predetermined lift amount. The example formed in the upstream from the 1st valve seat is shown. First 3 Reference examples Since only the position and configuration of the locking mechanism portion is different from the above, and the other configurations and operations are the same, the description thereof will be omitted.
[0069]
Book A configuration around the locking mechanism shown in the embodiment will be described. The high pressure fuel in the oil sump 403 is stored in a pressure accumulation chamber 437 at the lower end of the outer needle 401 via a fuel passage 404 provided between the inner diameter portion of the outer needle 401 and the outer shape portion of the inner needle 408. The upper end surface 452 of the outer needle 401 that lifts later is located in the oil sump 403, and the injected fuel pressure acts on the upper end surface 452 of the outer needle 401 and acts as a valve closing force. Furthermore, a weak spring having an outer diameter equivalent to the sliding portion diameter of the outer needle 401 may be added as an assist for the valve closing force. The fuel injection valve shown in FIG. 7 shows an example in which no spring is added.
[0070]
The dimension between the back end surface portion 434 of the outer needle 401 and the tip neck end surface 433 of the inner needle 408 determines the inner invalid lift amount (HD0). Here, when the inner needle 408 is lifted and the inner end surface 433 of the inner needle 408 comes into contact with the inner end surface 434 of the outer needle 401, the fuel passage 404, the first injection hole 406, and the second injection hole 407 are brought into contact. In order to prevent the fuel supply path from being blocked, a plurality of passage grooves 435 are provided in the lower portion of the tip end surface 433 of the inner needle 408.
[0071]
A seat surface 405 is formed at the lower sliding portion of the nozzle body 402 and the outer needle 401, and a seating portion that contacts the seat surface 405 is provided at the tip of the outer needle 401, and the seated portion of the outer needle 401 is a seat surface. The first valve seat 416 is formed on the seat surface 405 by sitting on the seat 405. The first valve seat 416 thus formed blocks communication between the pressure accumulating chamber 437 and the first injection hole 406.
[0072]
A seating portion that contacts the seat surface 405 is provided at the tip of the inner needle 408, and the seating portion of the inner needle 408 is seated on the seat surface 405, whereby the second valve seat 417 is placed on the seat surface 405. Forming. The second valve seat 417 formed in this way blocks communication between the pressure accumulating chamber 437 and the second injection hole 407.
[0073]
In the case where the needle that is lifted earlier is the inner needle and the needle that is lifted later is the outer needle, the configuration shown in FIG. 8 is adopted. FIG. 8 shows a state where the outer needle 401 is seated on the first valve seat 416. As shown in FIG. 8, a notch 453 is formed at the tip of the outer needle 401, and the downstream and upstream edges of the notch 453 constitute sheet portions 401a and 401b. .
[0074]
The seat parts 401a and 401b are configured to be seated on the first valve seat 416 simultaneously when the outer needle 401 is lowered. By seating the seat portion 401 a on the first valve seat 416, communication between the lower side in the drawing and the first nozzle hole 406 with respect to the first nozzle hole 406 is blocked. Thereby, the fuel flowing through the passage groove 435 and the pressure accumulating chamber 437 is prevented from flowing out from the first injection hole 406. On the other hand, when the seat portion 401b is seated on the first valve seat 416, the communication between the upper side in the drawing and the first injection hole 406 with respect to the first injection hole 406 is blocked. Accordingly, fuel leaking from between the outer periphery of the outer needle 401 and the inner periphery of the nozzle body 402 is prevented from flowing out from the first injection hole 406.
[0075]
A sac chamber 403a communicating with the second injection hole 407 is formed on the fuel downstream side of the second valve seat 417, and fuel that is initially injected from the second injection hole 407 when the inner needle 408 is lifted. Is temporarily stored.
[0076]
During the lift stroke of the inner invalid lift amount (HD0), which is the dimension between the back end surface portion 434 of the outer needle 401 and the tip neck end surface 433 of the inner needle 408, the inner needle 408 is separated from the second valve seat 417 and lifted. Injection is performed only from the second injection hole 407, and the initial injection pressure can be increased while reducing the initial injection rate.
[0077]
From this point, when the inner needle 408 is further lifted, the inner end surface 434 of the outer needle 401 and the tip end surface 433 of the inner needle 408 come into contact with each other, and the outer needle 401 is separated from the first valve seat 416. When the outer needle 401 is lifted even slightly, the high-pressure fuel is loaded on the entire outer needle conical surface 418, so that the outer needle 401 is lifted instantaneously and fuel is also injected from the first injection hole 406. Therefore, it is possible to increase the injection rate in the middle of injection. With the above configuration Book Even in the embodiment 3 Reference examples The injection form similar to is obtained.
[0078]
(No. 4 Reference example)
First of the present invention 4 FIG. 9 shows a fuel injection valve as a reference example. FIG. 9 shows the first of the present invention. 4 FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing the vicinity of a needle portion of a fuel injection valve according to a reference example, and an upper needle 701 and an upper needle with respect to two needles including an outer needle 101 and an inner needle 108 of the fuel injection valve shown in FIG. The lower needle 708 is arranged at the injection-side shaft end portion of the nozzle 701, and is different in that it includes a locking mechanism portion that lifts the lower needle 708 when the upper needle 701 first lifts and reaches a predetermined lift amount. . Components that are substantially the same as those of the second reference example shown in FIG. FIG. 9 shows a state before the upper needle 701 and the lower needle 708 are lifted.
[0079]
The following 4 A configuration around the upper needle 701 and the lower needle 708 shown in the reference example will be described. An upper needle 701 that is slidably accommodated in the nozzle body 2 and that blocks communication between the fuel passage 704 and the first injection hole 706 by being seated on a first valve seat 716 formed on the seat surface 705. The fuel injection valve is provided with a lower needle 708 that blocks communication between the fuel passage 704 and the second injection hole 707 by sitting on a second valve seat 717 formed on the seat surface 705. And the lower needle 708 was arrange | positioned at the injection side axial end part of the upper needle 701. In addition, it is configured between the upper needle 701 and the lower needle 708 and includes a locking mechanism that lifts the lower needle 708 when the upper needle 701 is lifted first and reaches a predetermined lift amount. .
[0080]
The locking mechanism portion described above includes a shaft portion 714 that is disposed in the axial direction of the upper needle 701 and whose one end is held by the ejection-side shaft end portion 701a of the upper needle 701. The shaft portion 714 is press-fitted with a hole provided in the center of the upper needle 701. Then, the shaft portion 714 slidably penetrates a hole portion 708a provided in the axial direction of the lower needle 708, and is engaged with the other end of the penetrating shaft portion 714 with the injection side shaft end surface 721 of the lower needle 708. And a stop 715. The locking portion 715 is integrally formed with the shaft portion 714. When assembled, the locking portion 715 is press-fitted into the hole portion of the upper needle 701 after passing through the hole portion 708a of the lower needle 708 from below in FIG.
[0081]
With the configuration described above, when the upper needle 701 is lifted first and reaches a predetermined lift amount, the upper end surface 720 of the locking portion 715 is locked with the ejection side shaft end surface 721 of the lower needle 708, and the lower needle 708 is moved. Lift it. The dimension between the injection-side shaft end surface 721 of the lower needle 708 and the upper end surface 720 of the locking portion 715 defines the inner invalid lift amount (HD0).
[0082]
The locking mechanism portion is not limited to the above-described configuration, and the lower needle 708 may be lifted when the upper needle 701 is lifted first and reaches a predetermined lift amount. For example, the shaft portion 714 does not penetrate the lower needle 701 as in the locking mechanism described above, but the upper needle side end portion of the lower needle is recessed, and the upper needle is fitted and locked in this recess. The structure etc. which provide an extended contact part and latch between both needles can be considered (not shown).
[0083]
Further, a spring (disc spring structure) 730 as an elastic member is provided between the injection side shaft end 701 a of the upper needle 701 and the upper end surface 722 of the lower needle 708. The spring 730 causes the high pressure fuel from the fuel passage 704 to act on the upper end surface 752 of the lower needle 708 to close the lower needle 708, and further generates a valve closing force to the lower needle 708. The valve closing of the needle 708 is made more reliable. Therefore, the lower needle 708 can be closed without attaching the spring 730. If the spring 730 is not attached, the number of parts is reduced and the cost is reduced. Here, when the spring 730 is not attached, it is also effective to increase the seating property of the lower needle 708 on the second valve seat 717 by configuring the material of the lower needle 708 with, for example, a rubber material.
[0084]
Thus, the second needle that is lifted by following the first needle that is lifted in advance is not disposed on the inner circumference or the outer circumference of the first needle, but the second needle is placed on the injection side shaft. It was set as the structure arrange | positioned at the edge part 701a. That is, since the lower needle 708 is arranged at the injection-side shaft end 701a of the upper needle 701, the lower needle 708 can be reduced in size and the valve opening response is improved. Further, since the shaft portion 714 is passed through the hole portion 708a provided in the axial direction of the lower needle 708, the axial guidance of the lower needle 708 is possible, and the lift of the lower needle 708 is stabilized.
[0085]
Further, the fuel injection valve shown in FIG. 5 is configured to slide between the outer needle 101, the inner needle 108, and the lift pin 115, so that the processing between these three requires a coaxial degree. Book Example Then, since it is a structure without the sliding part of both the lower needle 708 and the upper needle 701, it becomes a low-cost process.
[0086]
Furthermore, in the fuel injection valve shown in FIG. 5, since the fuel is supplied to the bypass passage 110 in a state where the outer needle 101 is seated, the fuel injection valve passes through the sliding gap between the outer needle 101 and the inner needle 108. There is a risk of fuel leaking from the nozzle hole 1 Example Then, in the seated state of the upper needle 701, the fuel from the fuel passage 704 is blocked by the first valve seat 716, so that no fuel leakage occurs.
[0087]
Next, a state where the upper needle 701 and the lower needle 708 are sequentially lifted will be described with reference to FIG. FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the needle lift progress of the fuel injection valve shown in FIG. FIG. 10A shows a state where the upper needle 701 is lifted by <HDo. The shaft portion 714 having the locking portion 715 is lifted together with the lift of the upper needle 701. Since the lift amount is <HDo, the lower needle 708 remains seated on the second valve seat 717. Thus, it is injected only from the first nozzle hole 706. The lift of the upper needle 701 causes the fuel pressure from the fuel passage 704 to act on the upper end surface 752 of the lower needle 708 and generate a valve closing force to the lower needle 708 together with the valve closing force of the spring 730.
[0088]
When the upper needle 701 is lifted by> HDo, the state shown in FIG. The> HDo lift of the upper needle 701 lifts the shaft portion 714 having the locking portion 715 in the same manner, and the upper end surface 720 of the locking portion 715 is locked with the injection side shaft end surface 721 of the lower needle 708. Lower needle 708 is lifted. As a result, both the upper needle 701 and the lower needle 708 are lifted, so that they are also injected from the first nozzle hole 706 and the second nozzle hole 707.
[0089]
(other of Example)
The present invention is connected with other of An example fuel injection valve is shown in FIG. FIG. 11 shows the present invention. is connected with other of It is whole sectional drawing which shows the fuel injection valve which is an example. First Reference example The substantially same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The fuel injection valve 531 shown in FIG. Reference example The first and second control means for urging one needle that is lifted in advance in the direction of closing the nozzle hole from the configuration that includes one stage of the control means that controls the needle that is lifted in advance of the fuel injection valve 31 shown in FIG. It was set as the structure provided with. After one needle is lifted by the first control means, one needle is lift controlled by the second control means, so that one needle that is lifted in advance lifts the other needle by the locking mechanism. .
[0090]
Details will be described below. The first piston 521 and the first control chamber 522 are configured as the first control means, and the second piston 524 and the second control chamber 525 are configured as the second control means, and the first control chamber 522 and the second control chamber 525 are provided. By controlling the fuel pressure, the outer needle 1 is reciprocated in the axial direction in two stages.
[0091]
A first piston 521, a first control chamber 522, a second piston 524, and a second control chamber 525 are formed in this order on the non-injection side end of the outer needle 1 via a pressure pin 19. Includes a first spring 20 that is biased in the nozzle hole closing direction. The maximum lift amount (HDmax) of the outer needle 1 is determined by the axial dimension between the lower end of the regulating member 29 and the upper end surface 1 a of the outer needle 1. When the first piston 521 contacts the outer needle 1 via the pressure pin 19 and seats on the nozzle body 2, the first control chamber 522 sandwiched between the upper end portion of the first piston 521 and the lower end portion of the second piston 524. The axial dimension HDx forms the initial lift amount. The stroke HDo until the outer needle 1 is lifted and the inner needle 8 is lifted is set as an invalid lift. The relationship between the initial lift amount (HDx) and the invalid lift (HDo) is adjusted so that HDx <HDo.
[0092]
When the pressure in the first control chamber 522 is lowered by the first control means, the urging force for seating the outer needle 1 is lowered, and the outer needle 1 is separated from the valve seat 17. That is, the outer needle 1, the pressure pin 19, and the first piston 521 are raised upward in the axial direction in FIG. At this time, since the second control chamber 525 remains at a high pressure, the second control chamber 525 is lifted and stopped by the gap HDx between the first piston 521 and the second piston 524. At this time, since HDx <HDo is adjusted, the inner needle 8 remains seated on the valve seat 17 and fuel is not injected from the second injection hole 7. Therefore, atomized spray can be injected at a low injection rate.
[0093]
When the pressures in the first control chamber 522 and the second control chamber 525 are lowered by the first and second control means, the urging force for seating the outer needle 1 is lowered, and the outer needle 1 is separated from the valve seat 17. Sit down. That is, the outer needle 1, the pressure pin 19, and the first piston 521 are raised upward in the axial direction in FIG. At this time, since the second control chamber 525 is also at a low pressure, the second control chamber 525 is further lifted than the gap HDx between the first piston 521 and the second piston 524. Since the gap above the nozzle gap HDmax−HDx is provided at the upper part of the second piston 524, it stops at the nozzle gap HDmax. At this time, since the invalid lift HDo is adjusted to HDx <HDo <HDmax, the outer needle 1 lifts the inner needle 8 by the lift pin 15 during the lift, and fuel is also injected from the second injection hole. The Therefore, atomized spray can be injected at a high injection rate.
[0094]
Although not shown, in the structure of the fuel injection valve having only the first control means, the outer needle 1 is controlled to be lifted by the ineffective lift HDo even if the lift control is performed only by the first control means. Then, the fuel is injected only from the first nozzle hole 106. This is injection by prelift, and then the outer needle 1 is further fully lifted to enable injection from both the first injection hole 106 and the second injection hole 107. Furthermore, since this pre-lift (HDo) enables a low injection rate and atomized spray, depending on the engine operating region, the pre-lift (HDo) may be repeated a plurality of times to inject one combustion. If lift control is performed, injection that can achieve good combustion is realized.
[0095]
Next, the fuel passage and fuel flow related to lift control of the outer needle 1 in the fuel injection valve 531 will be described. The high-pressure fuel is introduced into the fuel inlet 27 and supplied to the fuel reservoir 3 and is supplied to the first control chamber 522 and the second control chamber 525. Lift control of the outer needle 1 is performed by an electromagnetic valve 530 including an outer valve 527 provided at the upper part of the second control chamber 525, an inner valve 528 accommodated inside the outer valve 527 so as to be reciprocally movable, and an electromagnetic coil 523. Done. The electromagnetic valve 530 includes an outer valve 527 that opens and closes communication between the first control chamber 522 and a low-pressure passage through which high-pressure fuel is discharged to the fuel tank side, and a second control chamber 525 and high-pressure fuel that is discharged to the fuel tank side. An inner valve 528 that opens and closes communication with the low-pressure passage is disposed.
[0096]
Here, the current value supplied to the electromagnetic coil 523 is energized and controlled in two stages, whereby the inner valve 528 and the outer valve 527 are opened and closed separately. First, a current that can open the outer valve 527 is applied to the electromagnetic coil 523 against the outer valve 527 that closes the communication between the first control chamber 522 and the low-pressure passage by the biasing force of the third spring 511. At this time, the configuration is such that only the outer valve 527 is opened by adjusting the valving force of the second spring and the third spring, and the valve shape in which the outer valve 527 is more susceptible to the excitation suction force generated by the electromagnetic coil 523 than the inner valve 528. Is done. As a result, the high-pressure fuel in the first control chamber 522 is discharged to the low-pressure passage, and the first piston 521 is lifted. Next, when the value of the current supplied to the electromagnetic coil 523 is further increased, the inner valve 528 that closes the communication between the second control chamber 525 and the low pressure passage is opened by the biasing force of the second spring 510, and the outlet throttle 526 is opened. After that, the high pressure fuel in the second control chamber 525 is discharged to the low pressure passage and the second piston 524 is lifted.
[0097]
Above Burning The configuration example of the fuel injection valve 531 includes two needles in the nozzle portion, and includes a mechanism that lifts a lift that occurs later after the needle that has been lifted in advance performs a predetermined lift, and an injection that is opened by each needle. A nozzle portion having a hole and an urging means for urging the needle are provided in two stages, and a needle control unit capable of controlling the lift of the outer needle stepwise during one injection period is combined.
[0098]
Thereby, in addition to the effect that the fuel spray distribution of the nozzle portion having the two needles is expanded and the effect that the initial injection pressure can be increased while reducing the initial injection rate, the needle is lifted once. A stepwise control of the fuel injection rate can be realized arbitrarily by the needle control unit that controls stepwise during the injection period.
[0099]
If this fuel injection valve is used, for example, during no-load operation and partial load operation, only the outer needle is opened, and when the load is high such as full load, the outer needle is opened and then the inner needle is opened. To. Alternatively, by adjusting the timing when the inner needle is opened after the outer needle is opened, it is possible to realize the spray form most suitable for the operating conditions of various engines at the time of partial load.
[0100]
Thus, by providing a plurality of urging means that change the urging force for urging the needle that lifts in advance, the fuel injection rate can be more optimally adapted to the desired injection mode according to the operating state of the engine. Furthermore, the generation of particulates such as NOx and soot can be reduced, and the fuel efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall cross-sectional view showing a nozzle portion of a fuel injection valve according to a first reference example of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a nozzle portion of a fuel injection valve according to a first reference example of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an entire fuel injection valve according to a first reference example of the present invention.
FIG. 4 is a system diagram showing an embodiment in which a fuel injection valve according to a first reference example of the present invention is applied to a fuel supply system.
FIG. 5 is a partial sectional view showing the vicinity of a needle portion of a fuel injection valve according to a second reference example of the present invention.
FIG. 6 shows the first of the present invention. 3 Reference examples It is a fragmentary sectional view showing the needle part circumference of a fuel injection valve by.
[Fig. 7] of the present invention. one It is a whole sectional view showing the needle part circumference of a fuel injection valve by an embodiment.
8 is a partially enlarged view showing a portion A in FIG. 7;
FIG. 9 shows the first of the present invention. 4 It is a fragmentary sectional view which shows the needle part periphery of the fuel injection valve by a reference example.
10 is an explanatory diagram for explaining the needle lift progress of the fuel injection valve shown in FIG. 9; FIG.
FIG. 11 is an overall sectional view showing a fuel injection valve which is another example related to the present invention.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a conventional fuel injection valve.
[Explanation of symbols]
1 Outer needle
2 Nozzle body
3 Fuel reservoir
6 First nozzle hole (opening operation with outer needle)
7 Second nozzle hole (opening operation with inner needle)
8 Inner needle
16 First valve seat (outer needle seat)
17 Second valve seat (inner needle seat)
31 Fuel injection valve
701 Upper needle
701a Injection end shaft end (of upper needle)
714 Shaft
715 Locking part
708 Lower Needle
708a hole
721 Injection end shaft end surface (of lower needle)
730 Spring (elastic member)

Claims

In a fuel injection valve that intermittently injects high-pressure fuel supplied from a fuel supply pump into a combustion chamber of an internal combustion engine,
A fuel hole is provided in the axial direction, and is connected to the fuel hole around the hole and supplied with high-pressure fuel supplied from the fuel supply pump. A first nozzle hole that can communicate with the fuel reservoir, a second nozzle hole that can communicate with the fuel reservoir downstream of the first nozzle hole, and a space between the fuel reservoir and the first nozzle hole The first valve seat provided on the inner wall forming the receiving hole and the second valve seat provided on the inner wall forming the receiving hole between the first nozzle hole and the second nozzle hole A nozzle body having
An outer needle accommodated in the accommodation hole so as to be reciprocally movable and seated on the first valve seat to block communication between the fuel reservoir and the first injection hole;
An inner needle which is accommodated inside the outer needle so as to be reciprocally movable in a coaxial relationship, and which blocks communication between the fuel reservoir and the second injection hole by being seated on the second valve seat;
A lock that is set between the outer needle and the inner needle and lifts the outer needle of the two needles when the inner needle of the two needles is lifted in advance and reaches a predetermined lift amount. A mechanism part,
The total length of the outer needle is rather short than the inner needle,
The locking mechanism is provided on the fuel downstream side of the fuel reservoir and on the upstream side of the first valve seat,
The fuel injection valve, wherein the first valve seat is provided at two locations on the fuel upstream side of the first nozzle hole and on the fuel downstream side of the first nozzle hole .

The outer needle that lifts later is configured to perform a valve closing operation using the pressure of the fuel supplied from the fuel supply pump to the fuel reservoir or the pressure of the fuel and the elastic force of an elastic member. The fuel injection valve according to claim 1.