JP4345696B2 - Common rail injector - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置に用いられるインジェクタに関する。 The present invention relates to an injector used in a common rail fuel injection device for 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いる。 In a common rail fuel injection device for a diesel engine, a common rail is provided for each cylinder 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.
油圧伝達装置を備えるインジェクタの従来技術として、例えば特許文献1〜3が知られている。
ピエゾインジェクタは、一般に、ノズルニードルの背圧を制御弁で制御する構成となっている。ところが、ピエゾアクチュエータは収納部材との熱膨張率の差が大きいため、制御弁と直接結合することはできない。そのため、ピエゾアクチュエータ側部材から制御弁側部材に動力を伝達させる際に、油密伝達装置が用いられる。油圧伝達装置は、ピエゾアクチュエータと一体に変位するピエゾ側の第1ピストンと制御弁の弁体を駆動するバルブ側の第2ピストンを有し、シリンダ内に直列に配設した第1、第2ピストンの間に油密室を設けている。制御弁は、ノズルニードルに背圧を作用させる制御室と低圧通路の間を開閉し、ピエゾアクチュエータに通電しない状態では、低圧通路を閉鎖する位置にある。この時、制御室は、高圧通路と連通して高圧となっており、ノズルニードルが噴孔を閉鎖している。 The piezo injector is generally configured to control the back pressure of the nozzle needle with a control valve. However, the piezoelectric actuator cannot be directly coupled to the control valve because of a large difference in coefficient of thermal expansion from the housing member. Therefore, an oil-tight transmission device is used when power is transmitted from the piezoelectric actuator side member to the control valve side member. The hydraulic transmission device has a first piston on the piezo side that is displaced integrally with the piezo actuator, and a second piston on the valve side that drives the valve body of the control valve, and is arranged in series in the cylinder. An oil-tight chamber is provided between the pistons. The control valve opens and closes between the control chamber that applies back pressure to the nozzle needle and the low-pressure passage, and closes the low-pressure passage when the piezo actuator is not energized. At this time, the control chamber is in high pressure in communication with the high pressure passage, and the nozzle needle closes the nozzle hole.
ピエゾアクチュエータに通電すると第1ピストンがピエゾアクチュエータと一体に変位し、油密室の圧力を上昇させる。これに伴って第2ピストンが制御弁の弁体を押し下げ、低圧通路を開放すると、制御室の圧力が降下し、ノズルニードルがリフトして燃料が噴射される。このように、油圧を介在させることで、構成部材間で異なる熱変形量を油密室への燃料流入・燃料リークにより吸収して良好な伝達性能を維持できる利点がある。また、特許文献1〜3のように、第1ピストンを大径とし、第2ピストンを小径とすると、両ピストンの受圧面積比に応じて変位を拡大して伝達することができる。 When the piezo actuator is energized, the first piston is displaced together with the piezo actuator to increase the pressure in the oil tight chamber. Along with this, when the second piston pushes down the valve body of the control valve and opens the low pressure passage, the pressure in the control chamber drops, the nozzle needle is lifted, and fuel is injected. In this way, by interposing the hydraulic pressure, there is an advantage that a good heat transfer performance can be maintained by absorbing the amount of thermal deformation different among the constituent members by the fuel inflow / fuel leak into the oil tight chamber. Further, as in Patent Documents 1 to 3, if the first piston has a large diameter and the second piston has a small diameter, the displacement can be enlarged and transmitted according to the pressure receiving area ratio of both pistons.
しかしながら、上記従来の構成では、第1ピストン、第2ピストンともにある程度の摺動長を必要とするため、油圧伝達装置の軸方向長が長くなる。その結果、ピエゾアクチュエータを用いる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, the conventional configuration requires a certain sliding length for both the first piston and the second piston, so that the axial length of the hydraulic transmission device becomes long. As a result, there is a problem that the total length of the injector using the piezo actuator 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に使用されるインジェクタにおいて、ピエゾアクチュエータ等の変位を伝達する際の摺動長を確保しつつ、変位伝達装置の全長ひいてはインジェクタの全長を短くして、全体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 ensure the sliding length when transmitting the displacement of a piezoelectric actuator or the like in an injector used in a common rail fuel injection device of a diesel engine, and the entire length of the displacement transmission device, and thus the total length of the injector. Is to make the whole compact.
本発明のコモンレール用インジェクタは、ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と低圧通路との間を制御弁で開閉することにより、制御室の圧力を増減させる。制御弁の弁体を駆動する駆動部は、通電により変位を発生するアクチュエータと、このアクチュエータと一体にシリンダ内を摺動する第1ピストンと、弁体を駆動する第2ピストンと、両ピストン間に形成される油密室を有する。第1ピストンは上端閉鎖の筒状に形成され、この筒状部内に第2ピストンを上下方向に摺動自在に挿置して、筒状部内周面と第2ピストン端面とで囲まれる空間に作動油を充填し、油密室を構成する。
請求項1のコモンレール用インジェクタは、第1ピストンの下端側にリング形状バネを配置して上向きの荷重を負荷し、ピエゾアクチュエータ等にプリセット力を与える構成とする。さらに、第1ピストンの下端側に第2ピストンの摺動径より小さいリング部材を設け、リング形状バネを単独直列一枚、もしくは直列ないし並列あるいはその両方を用いた各種組み合わせによる複数枚の皿バネとしてその内径側端縁部が、リング部材の下端面に当接するように配置する。
請求項2のコモンレール用インジェクタは、リング形状バネに代えて、上記アクチュエータのプリセット力となる上向きの荷重を負荷するスリットスプリングを配置する。そして、上記第1ピストンの上端外周部に、上記スリットスプリングの上端側を支持する座面を形成するとともに、上記第2ピストンの下端部外周に、上記スリットスプリングの下端側を支持する座面をなすリング状部材を配設し、上記リング状部材を、上記シリンダ内空間と上記低圧通路の間を遮断するように配設する。
請求項3のコモンレール用インジェクタは、第2ピストンの上端側または外周、例えば油密室内にバネ部材を配設する。そして、第2ピストンの上端部に凹部を設けてその内部に容積低減部材を収容し、バネ部材をコイルスプリングとして容積低減部材の周囲に配置する。 The common rail injector according to the present invention increases or decreases the pressure in the control chamber by opening and closing the control chamber between the control chamber that applies the pressure in the valve closing direction to the nozzle needle and the low-pressure passage. The drive unit that drives the valve body of the control valve includes an actuator that generates displacement by energization, a first piston that slides in the cylinder integrally with the actuator, a second piston that drives the valve body, and between the pistons. An oil-tight chamber formed in The first piston is formed in a cylindrical shape with a closed upper end, and a second piston is slidably inserted in the cylindrical portion in the vertical direction to form a space surrounded by the inner peripheral surface of the cylindrical portion and the second piston end surface. Filled with hydraulic oil to form an oil tight chamber.
The common rail injector according to claim 1 is configured such that a ring-shaped spring is disposed on the lower end side of the first piston to apply an upward load and to apply a preset force to the piezoelectric actuator or the like. In addition, a ring member smaller than the sliding diameter of the second piston is provided on the lower end side of the first piston, and a plurality of disc springs by a single ring-shaped spring or a combination of series or parallel or both are used. The inner diameter side end edge portion is arranged so as to contact the lower end surface of the ring member.
The common rail injector according to
According to a third aspect of the present invention, the common rail injector includes a spring member disposed on the upper end side or the outer periphery of the second piston, for example, in an oil-tight chamber. And a recessed part is provided in the upper end part of a 2nd piston, a volume reduction member is accommodated in the inside, and a spring member is arrange | positioned around a volume reduction member as a coil spring.
上記構成によれば、第1ピストンの筒状部内に第2ピストンを収容し、摺動範囲が重なるように構成したので、ピエゾアクチュエータ等の変位時に、各ピストンの摺動長を確保したまま、装置の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長さが短くなるので、インジェクタの全長を短くしコンパクトな構造とすることができる。
さらに、請求項1のコモンレール用インジェクタは、リング形状バネを上記位置に配置することにより、セット長の設定が容易になる。さらに、第1ピストンの下端側に第2ピストンの摺動径より小さいリング部材を設け、リング形状バネを上記のように配置する時、リング形状バネの外径を大きくすることができ、バネ定数を小さくできる。また、組付けが容易かつ変位時の荷重変動を抑制できる。
請求項2のコモンレール用インジェクタは、スリットスプリングにより第1ピストンの外周側の空間を利用して容易に設置できる。この時、第1ピストンの上端外周部に形成した座面を介してアクチュエータにプリセット力を付与することができ、第2ピストンの下端部外周に座面をなすリング状部材を配設すると、スリットスプリングの高さ調節が容易にできる。またリング状部材を、上記のように配設すると、制御弁からのリークが駆動部へ流入するのを抑制し、油密室へのエアの混入やキャビテーション・エロージョンの発生を防止できる。
請求項3のコモンレール用インジェクタは、簡素な構造で第2ピストンを制御弁の弁体側に付勢することができる。また、バネ部材をコイルスプリングとして容積低減部材の周囲に配置すると、構造が簡素かつ油密室容積を低減でき、駆動力伝達効率を向上できる。
According to the above configuration, the second piston is accommodated in the cylindrical portion of the first piston and the sliding range is configured to overlap, so that when the piezo actuator or the like is displaced, the sliding length of each piston is secured, The axial length of the device can be shortened. Therefore, since the length of the hydraulic transmission device is shorter than the conventional structure in which the first and second pistons are arranged in a straight line, the overall length of the injector can be shortened and a compact structure can be achieved.
Furthermore, the common rail injector according to the first aspect makes it easy to set the set length by disposing the ring-shaped spring at the above position. Furthermore, when a ring member smaller than the sliding diameter of the second piston is provided on the lower end side of the first piston and the ring-shaped spring is arranged as described above, the outer diameter of the ring-shaped spring can be increased, and the spring constant Can be reduced. Moreover, the assembly is easy and the load fluctuation at the time of displacement can be suppressed.
The common rail injector according to
The common rail injector according to
請求項4の発明のように、インジェクタボデーに穿設した縦穴にてシリンダを形成すれば、その内周面に案内されて第1ピストンが安定して上下方向に変位することができる。
If the cylinder is formed by the vertical hole formed in the injector body as in the invention of
請求項5の発明のように、第1ピストンの上端部および下端部にガイド部となる大径部を設け、該ガイド部がシリンダの内周面に案内される構成とすれば、インジェクタボデーが曲がったりした場合でも摺動性を確保できる。 As in the fifth aspect of the invention, if the first piston is provided with a large diameter portion serving as a guide portion at the upper end portion and the lower end portion thereof and the guide portion is guided to the inner peripheral surface of the cylinder, the injector body is Even when it bends, slidability can be secured.
請求項6の発明のように、第1ピストンの下端側にリング形状バネを配置して上向きの荷重を負荷し、ピエゾアクチュエータ等にプリセット力を与える構成とすることができる。この位置にバネを配置することにより、セット長の設定が容易になる。 As in the sixth aspect of the present invention, a ring-shaped spring can be arranged on the lower end side of the first piston so as to apply an upward load and apply a preset force to the piezo actuator or the like. By setting a spring at this position, setting of the set length is facilitated.
請求項7の発明のように、リング形状バネを単独直列一枚、もしくは直列ないし並列あるいはその両方を用いた各種組み合わせによる複数枚の皿バネとし、その外径側端縁部が第1ピストンの下端面に当接するように配置すると、変位による内外周の摩擦をなくすことができる。 As in the invention of claim 7 , the ring-shaped spring is a single series single spring, or a plurality of disc springs of various combinations using series or parallel or both, and the outer diameter side edge of the first piston is If it arrange | positions so that it may contact | abut to a lower end surface, the friction of the inner and outer periphery by a displacement can be eliminated.
請求項8の発明のように、第1ピストンの下端側に第2ピストンの摺動径より小さいリング部材を設け、リング形状バネを単独直列一枚、もしくは直列ないし並列あるいはその両方を用いた各種組み合わせによる複数枚の皿バネとしてその内径側端縁部が、リング部材の下端面に当接するように配置してもよい。この時、リング形状バネの外径を大きくすることができ、バネ定数を小さくできる。また、組付けが容易かつ変位時の荷重変動を抑制できる。
As in the invention of
請求項9の発明のように、リング形状バネに代えて、上記アクチュエータのプリセット力となる上向きの荷重を負荷するスリットスプリングを配置することもでき、第1ピストンの外周側の空間を利用して容易に設置できる。 As in the ninth aspect of the invention, instead of the ring-shaped spring, a slit spring for applying an upward load as a preset force of the actuator can be arranged, and the space on the outer peripheral side of the first piston is utilized. Easy to install.
請求項10の発明のように、上記第1ピストンの上端外周部に、上記スリットスプリングの上端側を支持する座面を形成すれば、スリットスプリングの設置が容易であり、該座面を介してアクチュエータにプリセット力を付与することができる。 If the seat surface which supports the upper end side of the said slit spring is formed in the upper-end outer peripheral part of the said 1st piston like invention of Claim 10 , installation of a slit spring will be easy, via this seat surface A preset force can be applied to the actuator.
請求項11の発明のように、上記第2ピストンの下端部外周に、上記スリットスプリングの下端側を支持する座面をなすリング状部材を配設すると、スリットスプリングの高さ調節が容易にできる。
If the ring-shaped member which makes the seat surface which supports the lower end side of the said slit spring is arrange | positioned on the outer periphery of the lower end part of the said 2nd piston like invention of
請求項12の発明のように、上記リング状部材を、上記シリンダ内空間と上記低圧通路の間を遮断するように配設すると、制御弁からのリークが駆動部へ流入するのを抑制し、油密室へのエアの混入やキャビテーション・エロージョンの発生を防止できる。
When the ring-shaped member is disposed so as to block the space between the cylinder interior and the low-pressure passage as in the invention of
請求項13の発明のように、油密室と低圧通路の間に逆止弁を設け、油密室へのみ作動油の流入を許容するようにすると、作動時の摺動部からの漏れを容易に補給することができる。
If a check valve is provided between the oil-tight chamber and the low-pressure passage as in the invention of
請求項14の発明のように、逆止弁がバネ部材を有しない構成とすると、油密室容積を低減でき、駆動力伝達効率を大きくできる。 When the check valve has no spring member as in the invention of the fourteenth aspect, the volume of the oil tight chamber can be reduced and the driving force transmission efficiency can be increased.
請求項15の発明のように、第1ピストンの上端側に密接配置したプレート状の逆止弁部材と、第1ピストンとの衝合部に、弁体を収容する室を形成し、低圧通路および油密室を連通させて逆止弁を構成することができ、構造が簡素にできる。 According to a fifteenth aspect of the present invention, a chamber for accommodating a valve body is formed at an abutting portion between a plate-like check valve member closely arranged on the upper end side of the first piston and the first piston, and a low pressure passage In addition, the check valve can be configured by communicating the oil tight chamber and the structure can be simplified.
請求項16の発明のように、逆止弁部材の下端面と第1ピストンの上端面を、互いに押し付けられて平面で接触する構成とすると、圧入、接合等の工程が不要になる。
When the lower end surface of the check valve member and the upper end surface of the first piston are pressed against each other and contact with each other in a plane as in the invention of
請求項17の発明のように、逆止弁部材の下端面と第1ピストンの上端面の押し付け力が、上記アクチュエータにプリセット力を付与するバネ部材によって与えられるようにすると、特別に押付部材を配置する必要がない。 If the pressing force of the lower end surface of the check valve member and the upper end surface of the first piston is applied by a spring member that applies a preset force to the actuator, as in the invention of claim 17, the pressing member is specially provided. There is no need to place them.
請求項18の発明のように、逆止弁部材とアクチュエータの接触端面が、凸球面と凹円錐面あるいは平面とを組み合わせて構成すると、位置ずれ吸収部材を兼ねることにより部品点数を低減できる。 When the contact end surface of the check valve member and the actuator is configured by combining a convex spherical surface and a concave conical surface or a flat surface as in the invention of the eighteenth aspect, the number of parts can be reduced by also serving as a misalignment absorbing member.
請求項19の発明のように、逆止弁部材の下端面に設けた凹部と第1ピストンの上端面とで弁体が収容される室を形成し、凹部と弁体によって逆止弁リフト量が決定されるようにすると、逆止弁構造が簡易になり、リフト量の調節が容易である。 According to a nineteenth aspect of the present invention, a chamber in which a valve body is accommodated is formed by a recess provided on the lower end surface of the check valve member and an upper end surface of the first piston, and the check valve lift amount is formed by the recess and the valve body. Is determined, the check valve structure becomes simple and the lift amount can be easily adjusted.
請求項20の発明のように、逆止弁は、弁体が収容される室と低圧通路を連通する通路を、油密室の圧力上昇で弁体が上端位置に移動した時に閉鎖される室の天井面に開口させる一方、室と油密室を連通する通路を、油密室の圧力低下で弁体が下端位置に移動した時に閉鎖されない室の底面に開口させると、逆止弁構造が簡易になり、バネ部材が不要である。 As in the twentieth aspect of the invention, the check valve includes a chamber that is closed when the valve body moves to the upper end position due to an increase in pressure in the oil-tight chamber. If the passage that connects the chamber and the oil-tight chamber is opened on the bottom surface of the chamber that is not closed when the valve element moves to the lower end position due to the pressure drop in the oil-tight chamber, the check valve structure is simplified. The spring member is unnecessary.
請求項21の発明のように、第1ピストンの閉鎖端部と筒状部とを別部材にて構成すると、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。
If the closed end portion and the cylindrical portion of the first piston are configured as separate members as in the invention of
請求項22の発明のように、アクチュエータとして応答性が高いピエゾアクチュエータを用いると、コンパクトで高性能なコモンレール用インジェクタが実現できる。
When a piezoelectric actuator having high response is used as the actuator as in the invention of
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は第1の実施形態におけるインジェクタ1構成を示す図で、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する。エンジンの各気筒に対応して設けられるインジェクタ1は(ここではそのうち1つのみを示す)、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 injector 1 according to the first embodiment, which will be described as an application example of a diesel engine to a common rail fuel injection device. An injector 1 provided for each cylinder of the engine (only one of them is shown here) is supplied with fuel (light oil here) from a common rail. In the common rail, fuel pumped by a high-pressure supply pump is stored at a predetermined high pressure corresponding to the injection pressure.
図中、インジェクタ1は、上半部をピエゾアクチュエータ6を有する駆動部101とし、制御弁としての制御弁部102を用いて、ノズルニードル5を有するノズル部103を駆動し、燃料噴射を行なう。インジェクタ1は、図略の燃焼室壁に取付けられ、上記各部101〜103の構成部品が収納されるインジェクタボデーを構成するボデー部材B1〜B4内には、燃料導入口11にて図略のコモンレールに連通する高圧通路12、燃料導出口14にて図略の燃料タンクへ連通する低圧通路13等の通路が形成される。ボデー部材B1〜B4は、リテーナB5によって油密に締付け固定される。
In the figure, an injector 1 uses a
ノズル部103は、ボデー部材B1の上端部に設けた筒状部42内に、スプリング56の座となる大径部51を有するノズルニードル5を摺動自在に保持している。ボデー部材B4内の空間は、油溜まり室52を構成し、その上部壁に開口する高圧通路12を介してコモンレールから高圧燃料が供給されている。ボデー部材B4の下端にはサック部53が形成され、サック部53形成壁を貫通して燃料を噴射するための噴孔54が形成される。
The
ノズルニードル5は下端位置にある時に、円錐形状の先端部が油溜まり室52とサック部53の境界部に設けられるノズルシート55に着座し、サック部53を閉じて油溜まり室52から噴孔54への燃料供給を遮断する。ノズルニードル5がリフトしてノズルシート55から離座し、サック部53を開くと燃料が噴射される。
When the
ノズルニードル5の上端面および筒状部42の内壁面およびボデー部材B3下端面により画成される空間は、ノズル背圧を制御する制御室4となる。制御室4には、制御弁部102の弁室21および通路25を介して、高圧通路12から制御油としての燃料が導入され、ノズルニードル5の背圧を発生している。この背圧はノズルニードル5に下向きに作用して、大径部51と筒状部42の下端面との間に保持されるスプリング56とともにノズルニードル5を閉弁方向に付勢する。一方、油溜まり室52の高圧燃料がノズルニードル5先端部の円錐面に上向きに作用しノズルニードル5を開弁方向に付勢している。
A space defined by the upper end surface of the
3方弁構造の制御弁部102は、ノズル部103の制御室4と連通路41を介して常時連通する弁室21と、弁室21内に収容される略球状の弁体2を有している。弁室21の天井面に設けた開口部に低圧側シート22が、対向する底面開口部には高圧側シート23が形成され、弁体2はこれらシート22、23のいずれかに選択的に着座するようになっている。低圧側シート22は、下流に形成した絞り部31、通路32を介して低圧通路13に連通し、一方、高圧側シート23は上流の通路25を介して高圧通路12に連通している。低圧側シート22下流に絞り部31を設けることで、ノズル開弁速度を低く抑えることができ、噴射量制御性が向上する。また、弁室21は、連通路41を介してノズル部103の制御室4と常時連通している。
The
弁体2は、駆動部101により押圧駆動されることで上下動し、弁体2のシート位置が切り替わる。弁体2が上端位置にある時には、その略球面が、弁室21天井面の低圧側シート22に着座して低圧通路13との連通を遮断する。弁体2が下端位置にある時には、その水平な底面が、弁室21底面の高圧側シート23に着座して、高圧通路12との連通を遮断する。これに伴い、弁室21に連通する制御室4の圧力、すなわちノズルニードル5の背圧が増減する。シート部の一方を平面シートとすると、弁室21を構成するボデー部材B2、B3が位置ずれしても、弁体2と低圧側または高圧側シート22、23とのシート不良が生じにくくなるので、リーク防止効果がある。また、加工も容易となる。
The
通路25の弁室21側端部には、バルブスプリング24が配設されて弁体2を上向きに付勢している。バルブスプリング24を弁室21外に配置することで、弁室21容積すなわち制御室4容積を小さくできるので、応答性が向上する。また、バルブスプリング24により弁体2を低圧側シート22に着座させておくことで、エンジン始動時に高圧サプライポンプが速やかに昇圧を開始することができる。
A
駆動部101は、アクチュエータとしてのピエゾアクチュエータ6の駆動力を、油圧伝達装置61と摺動ピン部材3を用いて、制御弁部102の弁体2に伝達する。ピエゾアクチュエータ6は、ボデー部材B1に穿設した縦穴の上端部内に収容され、下端部内に油圧伝達装置61が収容される。ピエゾアクチュエータ6はPZT等の圧電セラミック層と電極層を交互に積層したピエゾスタックを有し、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。縦穴の側方には低圧通路13があり、その下端はボデー部材B2に形成した通路32に接続している。
The
油圧伝達装置61は、縦穴の下半部内をシリンダ15として、該シリンダ15に摺動自在に設けた第1ピストンとしてのピエゾピストン62と、ピエゾピストン62内に摺動自在に設けた第2ピストンとしてのバルブピストン64と、両ピストンの間に作動油を充填した油密室63を有している。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
ピエゾピストン62は上端閉鎖の筒状で、その上端面にピエゾアクチュエータ6の下端面が当接している。ピエゾピストン62は一定径で外周面がシリンダ15の内周面に密接し、該内周面に案内されて上下方向に摺動するようになっている。ピエゾピストン62の下端側には、バルブピストン64より小径のリング部材7が一体に設けられ、このリング部材7とボデー部材B2の間にリング形状バネとしてのピエゾプリセットスプリング65が配設される。ピエゾプリセットスプリング65は、断面ハの字形の皿バネで、内径側端縁部が、リング部材7の下端面に当接するように配置されている。これにより、ピエゾピストン62の下端面に上向きの荷重が負荷され、ピエゾピストン62をピエゾアクチュエータ6に押し付けて一体に変位可能とするとともに、ピエゾアクチュエータ6のピエゾプリセット力として利用される。
The
ピエゾプリセットスプリング65は、リング形状バネであればよく、皿バネ以外に、波板バネ等、他の形状としてもよい。ピエゾプリセットスプリング65をピエゾピストン62の下端側に設置することでセット長の設定が容易になる。本実施形態のように、リング部材7を介設することで、ピエゾプリセットスプリング65の外径を大きくし、バネ定数を小さくできる。また、組付けが容易であり、変位時の荷重変動を抑制する効果が得られる。なお、図2に第2の実施形態として示すように、断面逆ハの字形の皿バネで構成することもできる。この場合は、リング部材7を設けず、外径側端縁部が、ピエゾピストン62の下端面に設けた段部71に当接支持されるように配置する。このようにすると、変位による内外周の摩擦がなく、部品点数が低減できる。
The piezo
また、皿バネを複数枚用いることもでき、直列または並列に適宜組み合わせて配設することにより、任意のバネ定数を実現することができる。その場合、バルブピストン64の小径の下端部もしくはインジェクタボデー内径を皿バネのガイドとして用いるほか、新たにガイド部材を用いることもできる。その一例について図3を用いて説明する。
Also, a plurality of disc springs can be used. Arbitrary spring constants can be realized by arranging them in appropriate combination in series or in parallel. In that case, a guide member can be newly used in addition to using the lower end of the small diameter of the
図3(a)、(b)は、第3、第4の実施形態であり、ピエゾプリセットスプリング65として2枚の皿バネを用い、断面ハの字形の皿バネ直上に断面逆ハの字形の皿バネが重なるように組み合わせている。このように複数の皿バネを直列に重ねて使用すると、バネ定数を低減することができる。この時、図3(a)に示す第3の実施形態では、バルブピストン64の小径の下端部642を一定径として、その外周面が、リング形状のピエゾプリセットスプリング65の内径ガイドとなるようにしている。なお、ボデー部材B1の内周面73をピエゾプリセットスプリング65の外径ガイドとすることも可能である。この場合、皿バネがバルブピストン64に接触しないので、バルブピストン64の駆動力をロスすることがない。また、図示するように、ピエゾプリセットスプリング65の下方に、リング板状の高さ調節プレート72を配置することもできる。
FIGS. 3A and 3B show the third and fourth embodiments, in which two disc springs are used as the piezo
図3(b)の第4の実施形態も、2枚の皿バネを重ねてピエゾプリセットスプリング65とした例であり、本実施形態では、さらに、ガイド部材74を別体で設けている。ガイド部材73は、リング板の中央に上方に突出する筒状部を有し、この筒状部の外周面を、ピエゾプリセットスプリング65の内径ガイドとしている。筒状部は、バルブピストン64の小径の下端部641周りに、間隔を有して配置されているので、内径ガイドとしてもバルブピストン64と接触せず、その駆動力をロスすることがない。また、ガイド部材74は、高さ調節プレート72の役割を兼ねることができる。
The fourth embodiment of FIG. 3B is also an example in which two disc springs are overlapped to form a piezo
バルブピストン64は一定径の摺動部が、ピエゾピストン62の筒状部に下方から内挿され、その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の小径の下端部は、ピエゾピストン62の筒状部から下方に突出し、摺動ピン部材3に当接している。ピエゾピストン62筒状部の上部内壁面とバルブピストン64の上端面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。油密室63内には、コイルスプリングや波板バネなどのバネ部材66が配設されて、バルブピストン64を制御弁部102の弁体2方向に付勢している。バネ部材66を油密室63内に配置することで、構成が簡素にできるので好ましい。
The
ピエゾピストン62の上端部内には、油密室63と低圧通路13を連通し、油密室方向への作動油の流入のみを許容する逆止弁8が設けられる。逆止弁8は、油密室63および低圧通路13にそれぞれ開口する通路にボール状の弁体を配設してなる。逆止弁8により、燃料リーク等で油密室63の圧力が低下した時に、低圧通路13から油密室63に燃料を補充することができる。
In the upper end portion of the
摺動ピン部材3は、ボデー部材B2に形成した摺動穴に対して摺動自在に設けられ、その下端が弁室21内の弁体2に当接している。摺動ピン部材3は、両端部が細径のピン状に形成され、弁体2側のピン状先端部と摺動穴との間に形成される環状空間に絞り部31が開口している。従って、摺動ピン部材3が弁体2を押し下げると、この環状空間および絞り部3を介して弁室21と低圧通路13が連通する。
The sliding
従って、ピエゾアクチュエータ6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に伝達される。ピエゾアクチュエータを構成するPZT等の圧電セラミックは金属と熱変形量が異なるため、両者を混在させる手段として、このように油圧を利用した変位伝達装置を用いるとよい。これにより、部材間で異なる熱変形量を、油密室63への燃料流入及び燃料リークにより吸収して、良好な伝達性能を維持することができる。
Accordingly, when the
次に、本実施形態におけるインジェクタ1の作動を説明する。図1はピエゾアクチュエータ6が放電状態で縮小している状態を示している。弁体2は弁室21内の燃料圧力とバルブスプリング24力により上方に付勢されて、低圧側シート22を閉鎖する上端位置にあり、低圧通路13に至る絞り部31、通路32と弁室21との連通が遮断される。高圧側シート23は開放されており、連通路41を介して弁室21と連通する制御室4は、高圧通路12から通路25、高圧側シート23を介して流入する燃料により高圧となっている。この制御室4の圧力とスプリング56の付勢力によって、ノズルニードル5はノズルシート55に着座し、燃料は噴射されない。
Next, the operation of the injector 1 in this embodiment will be described. FIG. 1 shows a state where the
この状態から、ピエゾアクチュエータ6に通電すると、ピエゾアクチュエータ6が充電されて伸長する。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、摺動ピン部材3が弁体2を押し下げると、弁体2が低圧側シート22から離座し、さらに下方変位して高圧側シート23に着座する。これにより、制御室4が弁室21、低圧側シート22、絞り部31、通路32を介して低圧通路13に連通し、制御室4の圧力が降下する。そしてノズルニードル5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5が離座して燃料噴射が開始される。
From this state, when the
次に、ピエゾアクチュエータ6を再び放電して収縮させると、ピエゾピストン62が上方へ移動し、油密室63の圧力が降下して弁体2の押し下げ力が解除される。よって、弁体2が低圧側シート22に着座して、制御室4と低圧通路13の間が遮断され、通路25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、ノズルニードル5が着座して噴射が終了する。
Next, when the
本実施形態によれば、ピエゾアクチュエータ6の変位を油圧伝達装置61を用いて効率よく伝達し、制御性よく燃料噴射を行うことができる。しかも、油圧伝達装置61は、ピエゾピストン62を筒状として、その内周をバルブピストン64が摺動するように構成したので、ピストン摺動長を確保しながら装置全長を大幅に短縮することができる。この効果は、図9に示すようにピエゾピストン62とバルブピストン64を一直線上に配置した構成と比較すると明らかである。また、本実施形態では、ボデー部材B1の縦穴をシリンダ15として用いたので、図9のように縦穴内にシリンダ形成部材16を配置してピエゾピストン62とバルブピストン64を案内する構成に比べて、安定した摺動が可能である。よって、コンパクトで高応答かつ高性能なインジェクタ1を実現できる。
According to this embodiment, the displacement of the
図4は、本発明の第5の実施形態であり、ピエゾピストン62の他の構成例を示す。インジェクタ1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、ピエゾピストン62の外径を一定径とせず、ガイド部となる上端部621および下端部622を他の部分より大径とする。これにより、ガイド部となる上端部621および下端部622の外周面のみがシリンダ15に当接して摺動し、ピエゾピストン62の中間部とシリンダ15の間には間隙が形成される。このように、ピエゾピストン62を上端部621および下端部622の2箇所でガイドする構成とすることで、ボデー部材B1に変形が生じる等の不具合が生じた場合でも、摺動性を確保できる。
FIG. 4 shows another configuration example of the
図5は、本発明の第6の実施形態であり、逆止弁8および油密室63の他の構成例を示す。インジェクタ1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、本実施形態では、逆止弁8をピエゾピストン62の上側に配置した逆止弁部材81を用いて構成する。逆止弁部材81は、下端面に開口する略円錐形状の凹部83を有し、この凹部83とピエゾピストン62の上端面とで囲まれる室にボール状の弁体82を収容している。凹部83の天井面には、逆止弁部材81内を設けた通路85に接続する開口部84が形成され、通路85は逆止弁部材81の側面に開口して低圧通路13に連通している。凹部83の底部は、やや大径に形成され、この大径の外周部にピエゾピストン62の上端面を貫通して油密室63に至る一つ以上の通路86が開口している。
FIG. 5 is a sixth embodiment of the present invention and shows another configuration example of the
ボール状の弁体82は凹部83とピエゾピストン62の上端面とで囲まれる室内に保持され、油密室63の圧力によって上下方向に移動するようになっている。燃料リーク等により油密室63の圧力が低下すると、図示するように、ボール状の弁体82が下端位置に移動し、低圧通路13から通路85、開口部84、凹部83、通路86を経て、油密室63に燃料が補給される。通路86は、弁体82が下端位置にある時でも閉鎖されない位置に形成される。油密室63の圧力が上昇すると、通路86から凹部83に流入する燃料圧で、ボール状の弁体82が上昇し、開口部82を閉鎖する。リフト量はボール状の弁体82と凹部83形状によって決定される。このような構成とすることで、バネ部材を設けることなく、簡易に逆止弁8を構成することができる。
The ball-shaped
逆止弁部材81は、ピエゾアクチュエータ6とピエゾピストン62の間に挟持される。逆止弁部材81下端面とピエゾピストン62上端面は、ピエゾピストン62下端側に配置したピエゾプリセットスプリング65(図1参照)によって、互いに押し付けられることにより、平面で接触している。この構成により、圧入、接合等の工程が不要になる。また、ピエゾアクチュエータ6のピエゾプリセットスプリング65を利用することで、部材点数を増加することなく油密性を確保することができる。また、逆止弁部材81の上端面はゆるやかな略凹円錐面状に形成され、略凸球面状としたピエゾアクチュエータ6の下端面に接触している。こうすることで、両部材の位置関係にずれが生じても(角度・軸等)、その位置ずれを吸収して駆動力を伝達することができる。この効果を得るための、逆止弁部材81の上端面とピエゾアクチュエータ6の下端面は、上述した形状に限らず、同様の効果が得られる形状となっていればよい。例えば、一方が略球面状で、他方が略凸球面状または略凹円錐面状等、種々の組み合わせが採用でき、位置ずれ吸収部材を兼ねることにより部品点数を低減できる。
The
油密室63を構成するバルブピストン64の上端面には、凹部641が形成され、この凹部641内に柱状の容積低減部材67が配置してある。コイルスプリング66は、容積低減部材67の周囲を取り巻くように凹部641内に配置される。このようにすると、簡単な構成でコイルスプリング66を支持するとともに、油密室63の容積を低減できるので、応答性が向上し駆動力伝達効率を向上できる。
A
図6は、本発明の第7の実施形態であり、ピエゾピストン62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6のように、本実施形態では、上端閉鎖のピエゾピストン62を、両端が開口する筒状部62bとその上端を閉鎖するプレート部材62aの2部材で構成する。プレート部材62aの下端面と筒状部62bの上端面は、ピエゾプリセットスプリング65によって、互いに押し付けられ、油密性を確保している。その他の油密伝達装置61および逆止弁8構成は、上記第4の実施形態と同様である。
FIG. 6 shows another example of the configuration of the
本実施形態によれば、ピエゾピストン62を閉鎖端部側のプレート部材62aと筒状部62b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。また、筒状部62b下端面に段差を必要としない場合、上下対称な構造とすることができるので、組み付けが容易になる。
According to the present embodiment, the
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つのピストンの一方を筒状として他方を収容する構成としたので、摺動長が装置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。よって、インジェクタ全体をコンパクトに形成できる。 As described above, according to the present invention, in the mechanism for transmitting the displacement of the actuator via hydraulic pressure, one of the two pistons is formed in a cylindrical shape and accommodates the other, so that the influence of the sliding length on the total length of the apparatus Will greatly reduce. 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. Therefore, the whole injector can be formed compactly.
上記実施形態ではピエゾピストンを構成する筒状部62b上端面とプレート部材62a下端面とがピエゾプリセットスプリング65により密接する構造となっているが、図7に第8の実施形態として示すように、プレート部材62aは筒状部62bの内径に挿置されてもよい。その場合プレート部材62aはバネ部材66により逆止弁部材81に密接し、筒状部62bはピエゾプリセットスプリング65により、逆止弁部材81と密接し油密性を確保する。本実施形態ではプレート部材62aはインジェクタボデー内径と接せず、筒状部62bに対して相対変位を生じないので摺動箇所を1箇所減らすことができる。バネ部材66は、ここでは、波板バネとしてあり、油密室63容積を小さくできる利点がある。
In the above embodiment, the upper end surface of the
図8に、本発明の第9の実施形態を示す。上記各実施形態では、ピエゾアクチュエータ6にプリセット力を付与するために、リング形状バネであるプリセットスプリング65を用いたが、本実施形態では、リング形状バネの代わりにスリットスプリング68を用いている。インジェクタ1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8のように、本実施形態では、ピエゾピストン62の上端部621を他の部分より大径のガイド部として、上端部621の外周面のみがシリンダ15に当接して摺動する構成とする。ピエゾピストン62の小径の筒状部とシリンダ15の間には、間隙が形成され、この間隙にスリットスプリング68が配置される。
FIG. 8 shows a ninth embodiment of the present invention. In each of the above embodiments, the
スリットスプリング68は、公知の構成で、例えば円筒材に周方向のスリットを複数形成することによりバネ特性を付与している。ピエゾピストン62の上端部621には、スリットスプリング68の上端縁を支持する座面623が設けられ、スリットスプリングはこの座面623を介し、ピエゾアクチュエータ6に予荷重を付与する。スリットスプリング68の下端側にはリング状部材75が設けられ、その上面が、スリットスプリング68の下端縁を支持する座面を形成している。ピエゾピストン62の筒状部外周はスリットスプリング68の内周ガイドとなっている。なお、本実施形態では、コイルスプリング66を油密室63内に配置せず、ピエゾピストン62の下方に突出させたバルブピストン64の下半部外周に配置している。バルブピストン64の下半部外周にはフランジ643が設けられ、コイルスプリング66は、このフランジ643とピエゾピストン62の下端面との間に保持される。
The
リング状部材75は、スリットスプリング68のセット長を調節するための高さ調節部材として用いられる。リング状部材75を、上記ガイド部材74(図3(b)参照)のように、内周または外周に筒状のガイド部を有する形状とすることもできる。リング状部材75は、シリンダ15の下端部内周面に密接するように、ボデー部材B2上面に載置される。これにより、ボデー部材B2上面に開口して低圧通路13に接続する通路32とシリンダ15内空間との間が、リング状部材75にて遮断されるので、制御弁部102からのリークが、駆動部101の油圧伝達装置61やピエゾアクチュエータ6へ流入するのを抑制し、また、油密室63へのエアの混入やキャビテーション・エロージョンの発生を防止することができる。
The ring-shaped member 75 is used as a height adjusting member for adjusting the set length of the
なお、上記実施形態では、制御弁部102を3方弁構造としたが、3方弁構造でなく、弁室21と低圧通路13との間を連通状態と遮断状態とに切り替える2方弁構造としたインジェクタに適用することももちろんできる。また、弁体形状や、その他の構成を変更することもできる。
In the above embodiment, the
1 インジェクタ
12 高圧通路
13 低圧通路
101 ノズル部
102 制御弁部
103 ピエゾ駆動部
2 バルブニードル
21 バルブ室
22 低圧側シート
23 高圧側シート
4 制御室
41 連通路
5 ノズルニードル
52 油溜まり室
54 噴孔
6 ピエゾアクチュエータ(アクチュエータ)
61 油圧伝達装置
62 ピエゾピストン(第1ピストン)
63 油密室
64 バルブピストン(第2ピストン)
65 ピエゾプリセットスプリング(リング形状バネ)
66 バネ部材
67 容積低減部材
68 スリットスプリング
7 リング部材
8 逆止弁
81 逆止弁部材
82 弁体
83 凹部
84 開口部
85、86 通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
61
63
65 Piezo preset spring (ring shaped spring)
66
Claims (22)
上記第1ピストンの下端側に、上記アクチュエータのプリセット力となる上向きの荷重を負荷するリング形状バネを配置するとともに、
上記リング形状バネが単独直列一枚、もしくは直列ないし並列あるいはその両方を用いた各種組み合わせによる複数枚の皿バネであり、その内径側端縁部が、上記第1ピストンの下端側に設けられ上記第2ピストンの摺動径より小さいリング部材の下端面に当接するように配置されることを特徴とするコモンレール用インジェクタ。 An injector for injecting fuel supplied from a common rail through a high-pressure passage, the control chamber for applying a pressure in the valve closing direction to the nozzle needle, and opening and closing between the control chamber and the low-pressure passage. A control valve that increases and decreases the pressure of the control valve, and a drive unit that drives the valve body of the control valve, and the drive unit slides in the cylinder integrally with the actuator, and an actuator that generates displacement by energization. A piston, a second piston for driving the valve body, and an oil-tight chamber formed between the two pistons. The first piston has a cylindrical shape with an upper end closed, and the second piston is vertically moved in the cylindrical portion. Slidably inserted in the direction, filled with hydraulic oil in the space surrounded by the upper inner wall surface of the cylindrical portion and the upper end surface of the second piston to form the oil tight chamber ,
A ring-shaped spring that loads an upward load serving as a preset force of the actuator is disposed on the lower end side of the first piston,
The ring-shaped spring is a single disc in series, or a plurality of disc springs in various combinations using series or parallel or both, and the inner diameter side edge is provided on the lower end side of the first piston. An injector for a common rail, which is disposed so as to abut on a lower end surface of a ring member smaller than a sliding diameter of the second piston .
上記第1ピストンの外周に、上記アクチュエータのプリセット力となる上向きの荷重を負荷するスリットスプリングを配置し、
上記第1ピストンの上端外周部に、上記スリットスプリングの上端側を支持する座面を形成するとともに、上記第2ピストンの下端部外周に、上記スリットスプリングの下端側を支持する座面をなすリング状部材を配設し、
上記リング状部材を、上記シリンダ内空間と上記低圧通路の間を遮断するように配設したことを特徴とするコモンレール用インジェクタ。 An injector for injecting fuel supplied from a common rail through a high-pressure passage, the control chamber for applying a pressure in the valve closing direction to the nozzle needle, and opening and closing between the control chamber and the low-pressure passage. A control valve that increases and decreases the pressure of the control valve, and a drive unit that drives the valve body of the control valve, and the drive unit slides in the cylinder integrally with the actuator, and an actuator that generates displacement by energization. A piston, a second piston for driving the valve body, and an oil-tight chamber formed between the two pistons. The first piston has a cylindrical shape with an upper end closed, and the second piston is vertically moved in the cylindrical portion. Slidably inserted in the direction, filled with hydraulic oil in the space surrounded by the upper inner wall surface of the cylindrical portion and the upper end surface of the second piston to form the oil tight chamber,
On the outer periphery of the first piston, a slit spring for applying an upward load as a preset force of the actuator is disposed,
A ring that forms a seat surface that supports the upper end side of the slit spring on the outer periphery of the upper end of the first piston, and that forms a seat surface that supports the lower end side of the slit spring on the outer periphery of the lower end of the second piston. Arranged,
An injector for a common rail , wherein the ring-shaped member is disposed so as to block between a space in the cylinder and the low-pressure passage .
上記第2ピストンの上端側または外周に配置されて、上記第2ピストンを上記弁体側に付勢するバネ部材を設け、
上記第2ピストンの上端部に凹部を設けてその内部に容積低減部材を収容し、容積低減部材の周囲に上記バネ部材となるコイルスプリングを配置したことを特徴とするコモンレール用インジェクタ。 An injector for injecting fuel supplied from a common rail through a high-pressure passage, the control chamber for applying a pressure in the valve closing direction to the nozzle needle, and opening and closing between the control chamber and the low-pressure passage. A control valve that increases and decreases the pressure of the control valve, and a drive unit that drives the valve body of the control valve, and the drive unit slides in the cylinder integrally with the actuator, and an actuator that generates displacement by energization. A piston, a second piston for driving the valve body, and an oil-tight chamber formed between the two pistons. The first piston has a cylindrical shape with an upper end closed, and the second piston is vertically moved in the cylindrical portion. Slidably inserted in the direction, filled with hydraulic oil in the space surrounded by the upper inner wall surface of the cylindrical portion and the upper end surface of the second piston to form the oil tight chamber,
A spring member disposed on an upper end side or an outer periphery of the second piston and biasing the second piston toward the valve body;
A common rail injector , wherein a concave portion is provided in an upper end portion of the second piston, a volume reducing member is accommodated therein, and a coil spring serving as the spring member is disposed around the volume reducing member .
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