JP4952737B2 - 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用インジェクタに関し、詳しくは、ノズルニードルを昇降させる制御室圧力を3方弁で制御するインジェクタに関する。 The present invention relates to a common rail injector for a diesel engine, and more particularly to an injector that controls a control chamber pressure for raising and lowering a nozzle needle with a three-way valve.
ディーゼルエンジンにおいて、各気筒に共通のコモンレールを設けて高圧燃料を蓄圧するコモンレール式燃料噴射装置が知られている。コモンレールには燃料供給ポンプから高圧燃料が圧送されて所定圧に制御され、所定のタイミングで各気筒のインジェクタを駆動して燃料を噴射している。コモンレール用のインジェクタは、一般に、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、制御室の圧力を制御する制御弁を有し、アクチュエータで制御弁を駆動して制御室の圧力を増減する構成となっている。 2. Description of the Related Art In a diesel engine, a common rail type fuel injection device that stores a high pressure fuel by providing a common rail common to each cylinder is known. High pressure fuel is pumped from the fuel supply pump to the common rail and controlled to a predetermined pressure, and fuel is injected by driving the injector of each cylinder at a predetermined timing. Common rail injectors generally have a control chamber that applies a pressure in the valve closing direction to the nozzle needle and a control valve that controls the pressure in the control chamber. The actuator is driven by the actuator to increase or decrease the pressure in the control chamber. It is the composition to do.
制御弁としては、制御室を高圧通路または低圧通路に選択的に連通させる3方弁構造が好適に用いられる。3方弁の弁体は、低圧通路に至る低圧側シートおよび高圧通路に至る高圧側シートが形成された弁室内に配設されて、両シートの間を移動し、シート位置を切り替える。3方弁構造とすると、燃料噴射時に弁体が高圧側シートに着座して高圧通路との連通が遮断されるので、弁室を介して高圧燃料が流出することがない。アクチュエータには、例えば、ピエゾアクチュエータが用いられ、通電により伸長して低圧側シートから弁体を離座させた後、高圧側シートに着座させる。ピエゾアクチュエータは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。 As the control valve, a three-way valve structure for selectively communicating the control chamber with the high-pressure passage or the low-pressure passage is suitably used. The valve body of the three-way valve is disposed in a valve chamber in which a low-pressure side seat leading to the low-pressure passage and a high-pressure side seat leading to the high-pressure passage are formed, moves between both seats, and switches the seat position. With the three-way valve structure, the valve body is seated on the high-pressure side seat during fuel injection and communication with the high-pressure passage is blocked, so that high-pressure fuel does not flow out through the valve chamber. For example, a piezoelectric actuator is used as the actuator. The actuator is extended by energization to separate the valve body from the low-pressure side seat, and then is seated on the high-pressure side seat. Piezo actuators are expected to provide advanced fuel injection control due to their high responsiveness.
3方弁構造の制御弁は、例えば、特許文献1〜5に記載されている。また、低圧側シート下流に絞りを有する構成とすると(特許文献1〜4)、ノズル開弁速度を抑制して噴射量の制御性を向上するために有利である。
ところで、コモンレール式燃料噴射装置を効率よく稼働させるには、燃料リークを極力小さくすることが望ましい。しかしながら、特許文献1、2は、圧力バランス弁であり、摺動部からの常時リークが存在する。この場合、ポンプに対して余分な仕事を要求することになり、またリークにより、燃料温度が上昇し、燃料が変質する等の問題がある。特許文献3の制御弁は、弁体が球であり、これを収容するために高圧側シート部材と低圧側シート部材が別部材となっている。ところが、この場合、特許文献2、5に記載されているように、両部材の位置ずれによるリークのおそれがあり、リフト量が小さい領域で使用するのは困難である。 By the way, in order to operate the common rail fuel injection device efficiently, it is desirable to reduce the fuel leakage as much as possible. However, Patent Documents 1 and 2 are pressure balance valves, and always leak from the sliding portion. In this case, extra work is required for the pump, and there is a problem that the fuel temperature rises due to leakage and the quality of the fuel changes. In the control valve of Patent Document 3, the valve body is a sphere, and the high-pressure side seat member and the low-pressure side seat member are separate members for accommodating the valve body. However, in this case, as described in Patent Documents 2 and 5, there is a risk of leakage due to the displacement of both members, and it is difficult to use in a region where the lift amount is small.
そこで、特許文献5には、位置ずれしても正常に動作するように、相対移動可能な複数の弁部材を設けることが提案されているが、構成が複雑となる。また、噴射量制御性を向上するには、ノズル閉弁速度を大きくすることが望ましい。一般に、高圧側シート開口面積を大きくするとノズル閉弁速度を大きくすることが可能であるが、ピエゾアクチュエータは、変位と発生力が反比例する特性を有することから、高圧側シート開口面積が大きいと、閉弁駆動力が大きくなり、エネルギー効率が悪くなる不具合がある。 Thus, Patent Document 5 proposes to provide a plurality of valve members that can move relative to each other so that they can operate normally even if they are misaligned, but the configuration is complicated. In order to improve the injection amount controllability, it is desirable to increase the nozzle closing speed. In general, it is possible to increase the nozzle closing speed by increasing the high-pressure side seat opening area, but since the piezo actuator has a characteristic in which the displacement and the generated force are inversely proportional, if the high-pressure side seat opening area is large, There is a problem that the valve closing driving force increases and energy efficiency deteriorates.
本発明の目的は、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置等に使用されるインジェクタにおいて、高圧側シート閉弁に必要な駆動力を小さくすること、また、簡単な構成で、制御弁からの燃料リークを抑制し、ノズル開弁速度を小さくないしノズル閉弁速度を大きくすることにあり、これらにより、エネルギー効率を高め、噴射量を高精度に制御可能とするものである。 An object of the present invention is to reduce the driving force required for closing the high-pressure side seat valve in an injector used in a common rail fuel injection device of a diesel engine, and to reduce the fuel leakage from the control valve with a simple configuration. In other words, the nozzle opening speed is reduced or the nozzle closing speed is increased, thereby increasing the energy efficiency and controlling the injection amount with high accuracy.
請求項1の発明において、コモンレールから高圧通路を経て供給される燃料を噴射するインジェクタは、ノズル背圧を発生する制御室の圧力を増減させる制御弁を3方弁構造とし、その駆動部を通電により変位を発生するアクチュエータと摺動ピン部材にて構成する。摺動ピン部材は、ピン状の先端部が弁室に収容される制御弁の弁体に当接し、アクチュエータの変位に伴い摺動穴内を摺動して低圧側シートまたは高圧側シートに選択的に着座させるようになっている。 In the first aspect of the invention, the injector for injecting fuel supplied from the common rail through the high-pressure passage has a three-way valve structure for increasing or decreasing the pressure in the control chamber that generates the nozzle back pressure, and the drive unit is energized. Thus, the actuator and the sliding pin member that generate displacement are used. The sliding pin member contacts the valve body of the control valve housed in the valve chamber with the pin-shaped tip, and slides in the sliding hole as the actuator is displaced to selectively select the low-pressure side seat or high-pressure side seat It is supposed to be seated on.
本発明では、上記制御室へ上記高圧通路の燃料を流入させるとともに、上記制御室から上記制御室内の燃料を流出させる共通の連通路を設けて、上記制御弁にて、上記連通路と上記高圧通路および低圧通路との連通・遮断を切り替えることにより上記制御室の圧力を増減させる。そして、上記摺動ピン部材の摺動部と上記低圧側シートとの間において、上記ピン状の先端部周りに形成した空間を、絞り部を介して上記低圧通路に接続するとともに、上記摺動部の摺動径と上記高圧側シートのシート径の関係を、摺動径≦高圧側シート径とし、上記摺動部の摺動径と上記低圧側シートのシート径の関係を、摺動径≦低圧側シート径とし、上記弁室と連通する上記制御室の圧力を上記弁体に、上記高圧側シートを閉鎖する方向にアシスト力として作用させるように構成してある。
In the present invention, a common communication passage is provided for allowing the fuel in the high pressure passage to flow into the control chamber and for allowing the fuel in the control chamber to flow out from the control chamber, and the control valve and the high pressure passage are provided in the control valve. The pressure in the control chamber is increased / decreased by switching communication / blocking between the passage and the low-pressure passage. Then, a space formed around the pin-shaped tip between the sliding portion of the sliding pin member and the low-pressure side sheet is connected to the low-pressure passage through the throttle portion, and the sliding The relationship between the sliding diameter of the sliding portion and the sheet diameter of the high-pressure side sheet is sliding diameter ≦ the high-pressure side sheet diameter, and the relationship between the sliding diameter of the sliding portion and the sheet diameter of the low-pressure side sheet is the sliding diameter. The pressure in the control chamber communicating with the valve chamber is made to act on the valve body as an assist force in the direction of closing the high pressure side seat .
上記構成によれば、摺動ピン部材の先端部周りに形成した空間に設定した絞り部によって低圧側シート開弁時のノズル開弁速度を遅くし、また、制御室の圧力を高圧側シートの閉弁方向に作用させて、高圧側シート閉弁駆動力を小さくできる。さらに、摺動径を小さくすることで、高圧側シート閉弁に必要な駆動力をより小さくすることができる。よって、高圧側シート径を大きくしてノズル閉弁速度を速くし、簡易な構成で、噴射制御性、エネルギー効率を向上できる。 According to the above configuration, the nozzle opening speed when the low-pressure side seat is opened is slowed down by the throttle portion set in the space formed around the tip of the sliding pin member, and the pressure in the control chamber is reduced by the pressure of the high-pressure side seat. By acting in the valve closing direction, the high-pressure side valve closing driving force can be reduced. Furthermore, by reducing the sliding diameter, the driving force required for closing the high-pressure side seat valve can be further reduced. Therefore, the high-pressure side seat diameter is increased to increase the nozzle closing speed, and the injection controllability and energy efficiency can be improved with a simple configuration.
請求項2の発明では、上記弁室と連通する上記制御室の圧力をアシスト力として作用させることにより、高圧側シート閉弁負荷が低圧側シート開弁負荷と同等ないしそれ以下となるように構成する。 The invention according to claim 2 is configured such that the pressure in the control chamber communicating with the valve chamber acts as an assist force so that the high-pressure side seat closing load is equal to or less than the low-pressure side seat opening load. To do.
好適には、制御室圧力を調整して、高圧側シート閉弁負荷が低圧側シート開弁負荷と同等ないしそれ以下となるようにすることで、エネルギー効率をより向上できる。 Preferably, energy efficiency can be further improved by adjusting the control chamber pressure so that the high-pressure side seat closing load is equal to or less than the low-pressure side seat opening load.
請求項3の発明では、アクチュエータをピエゾアクチュエータとする。変位が大きくなると発生力が小さくなる関係にあるピエゾアクチュエータに、本発明を適用することで、その特性を効率よく使うことができる。 In the invention of claim 3, the actuator is a piezo actuator. By applying the present invention to a piezoelectric actuator that has a relationship in which the generated force decreases as the displacement increases, the characteristics can be used efficiently.
請求項4の発明では、負荷最大となる最高圧力時において、ノズルニードルが開弁可能な制御室圧力が供給燃料圧力の50%以上となるように設定する。このようにすれば、高圧側シート閉弁負荷を低圧側シートの開弁負荷より小さくして、効率よく噴射量制御を行うことができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the control chamber pressure at which the nozzle needle can be opened is set to be 50% or more of the supply fuel pressure at the maximum pressure at which the load is maximum. In this way, it is possible to efficiently control the injection amount by making the high-pressure side seat closing load smaller than the opening load of the low-pressure side seat.
請求項5の発明では、摺動ピン部材と弁体を別体とする。これにより、シート部の加工が容易になる。 In the invention of claim 5, the sliding pin member and the valve body are separated. Thereby, processing of a sheet part becomes easy.
請求項6の発明では、摺動ピン部材の両端部を摺動径より細径のピン状に成形する。これにより、誤組付けによる作動不良を防止することができる。 In the invention of claim 6, both end portions of the sliding pin member are formed in a pin shape smaller in diameter than the sliding diameter. Thereby, the malfunctioning by incorrect assembly | attachment can be prevented.
請求項7の発明のように、摺動ピン部材を全長にわたり一定径の円柱状ピンとすることもできる。その場合、低圧側シートに続く摺動穴の端部に摺動径より大径の拡径部を形成して上記摺動ピン部材の先端部を配置するとともに、この拡径部に開口するように絞り部を形成する。これにより、摺動ピン部材の形状が簡素化され、加工が容易になる。 As in the invention of claim 7, the sliding pin member may be a cylindrical pin having a constant diameter over the entire length. In that case, an enlarged diameter portion larger than the sliding diameter is formed at the end of the sliding hole following the low pressure side sheet, and the tip end portion of the sliding pin member is disposed, and the enlarged diameter portion is opened. An aperture is formed in Thereby, the shape of a sliding pin member is simplified and processing becomes easy.
請求項8の発明では、弁体を略半球状とする。摺動ピン部材との接触面は球体の曲率よりも大きい球面に加工すると、片あたりを防止し、ヘルツ応力を緩和する効果が得られる。 In the invention of claim 8, the valve body is substantially hemispherical. If the contact surface with the sliding pin member is processed into a spherical surface larger than the curvature of the sphere, the effect of preventing contact with one piece and alleviating the Hertz stress can be obtained.
請求項9の発明では、摺動ピン部材の少なくとも摺動面を超硬質材料またはセラミックにて構成する。これにより、摺動性が向上し、摩耗を防止することができる。 According to the ninth aspect of the present invention, at least the sliding surface of the sliding pin member is made of a super hard material or ceramic. Thereby, slidability improves and it can prevent abrasion.
請求項10の発明では、摺動ピン部材を、ヤング率が金属より大きい超硬材料とする。これにより、変形ロスを防止する効果を得ることができる。 In the invention of claim 10, the sliding pin member is made of a super hard material having a Young's modulus larger than that of a metal. Thereby, the effect which prevents a deformation | transformation loss can be acquired.
請求項11の発明では、弁体を低圧側シートに付勢するバルブスプリングを、高圧側シート上流に配置する。これにより、弁室容積を小さくして応答性を高めることができる。 In the invention of claim 11, the valve spring for biasing the valve body to the low pressure side seat is disposed upstream of the high pressure side seat. Thereby, a valve chamber volume can be made small and responsiveness can be improved.
請求項12の発明では、ノズル開弁時の制御室圧力比をkpo、ノズルニードルが着座するノズルシート径をDs、制御室摺動径をDc、ノズルセット荷重をFk、コモンレールからの燃料供給圧をPcとし、Pc=Pcmax(最高供給圧)である時に、下記式が成立するように、各部を構成する。
以下、図面に基づいて本発明を説明する。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。インジェクタ1は、エンジンの各気筒に対応して設けられ(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。 The present invention will be described below 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. The injector 1 is provided corresponding to each cylinder of the engine (only one of them is shown here), and is supplied with fuel 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、3方弁構造の制御弁部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ハウジング部材H1〜H4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、ハウジング部材H1〜H4は、リテーナH5によって油密に締付け固定される。 In the figure, an injector 1 has a driving part 101 having a piezo actuator 6 as an upper half, and drives a nozzle part 103 having a nozzle needle 5 by using a control valve part 102 having a three-way valve structure to perform fuel injection. . The injector 1 is attached to a combustion chamber wall (not shown), and a high pressure passage communicating with a common rail (not shown) at a fuel introduction port 11 in housing members H1 to H4 in which the components of the respective parts 101 to 103 are accommodated. 12. A passage such as a low pressure passage 13 communicating with a fuel tank (not shown) is formed at the fuel outlet 14 and the housing members H1 to H4 are oil-tightly fastened and fixed by a retainer H5.
ノズル部103は、ハウジング部材H1の上端部に設けた筒状部42内に、外周にフランジ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。ハウジング部材H4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。ハウジング部材H4の下端にはサック部53が形成され、サック部53形成壁を貫通して噴孔54が形成される。 The nozzle portion 103 slidably holds a nozzle needle 5 having a flange 51 on the outer periphery in a cylindrical portion 42 provided at the upper end portion of the housing member H1. The space in the housing member H4 constitutes an oil reservoir chamber 52, and high-pressure fuel is supplied from the common rail through the high-pressure passage 12 that opens to the upper wall. A sack portion 53 is formed at the lower end of the housing member H4, and an injection hole 54 is formed through the sack portion 53 forming wall.
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 nozzle needle 5 is in the lower end position, a conical tip is seated on a nozzle sheet 55 provided at the boundary between the oil reservoir chamber 52 and the sac portion 53, the sac portion 53 is closed, and the nozzle hole is ejected from the oil reservoir chamber 52. The fuel supply to 54 is cut off. When the nozzle needle 5 is lifted and separated from the nozzle seat 55 and the sack portion 53 is opened, fuel is injected.
ノズルニードル5の上端面および筒状部42の内壁面およびハウジング部材H3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、フランジ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 nozzle needle 5, the inner wall surface of the cylindrical portion 42, and the lower end surface of the housing member H3 serves as a control chamber 4 for controlling the nozzle back pressure. Fuel as control oil is introduced into the control chamber 4 from the high-pressure passage 12 through the valve chamber 21 and the passage 25 of the control valve section 102, and the back pressure of the nozzle needle 5 is generated. This back pressure acts downward on the nozzle needle 5 and urges the nozzle needle 5 in the valve closing direction together with the spring 56 held between the flange 51 and the lower end surface of the cylindrical portion 42. On the other hand, the high-pressure fuel in the oil reservoir chamber 52 acts upward on the conical surface of the tip of the nozzle needle 5 to urge the nozzle needle 5 in the valve opening direction.
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下流には、ノズル開弁速度設定用の絞り部32が形成されて、通路33、34を介して低圧通路13に連通している。高圧側シート23の上流に形成される通路25は高圧通路12に連通している。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。これに伴い、弁室21が高圧通路12または低圧通路13に連通し、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。 The control valve portion 102 having a three-way valve structure has a valve chamber 21 that is always in communication with the control chamber 4 of the nozzle portion 103 via a communication passage 41, and a substantially spherical valve body 2 that is accommodated in the valve chamber 21. ing. A low pressure side seat 22 is formed in the opening provided on the ceiling surface of the valve chamber 21, and a high pressure side seat 23 is formed in the opposed bottom opening, and the valve body 2 is selectively seated on either of the seats 22, 23. It is supposed to be. A throttle part 32 for setting the nozzle valve opening speed is formed downstream of the low-pressure side seat 22 and communicates with the low-pressure passage 13 via passages 33 and 34. A passage 25 formed upstream of the high-pressure side seat 23 communicates with the high-pressure passage 12. The valve body 2 moves up and down by being pressed by the drive unit 101, and the seat position of the valve body 2 is switched. Along with this, the valve chamber 21 communicates with the high pressure passage 12 or the low pressure passage 13, and the pressure in the control chamber 4 communicating with the valve chamber 21, that is, the back pressure of the nozzle needle 5 increases or decreases.
弁体2は1部材で構成され、弁室21は2つのハウジング部材H2、H3を衝合して構成されている。絞り部32と通路33はハウジング部材H2に、連通路41および通路25はハウジング部材H3に形成される。本実施形態では、制御室4と弁室21の間には、低圧側シート22開口面積より小さい絞りは設けない。ここに絞りを設定すると、ノズル閉弁速度を小さくしてしまうためである。高圧側シート23上流には、ノズル閉弁速度設定用の絞りがあってもなくてもよいが、本実施形態では設けない構成としている。弁体2と低圧側シート22および高圧側シート23の構成については詳細を後述する。 The valve body 2 is constituted by one member, and the valve chamber 21 is constituted by abutting two housing members H2 and H3. The throttle portion 32 and the passage 33 are formed in the housing member H2, and the communication passage 41 and the passage 25 are formed in the housing member H3. In the present embodiment, a throttle smaller than the opening area of the low pressure side seat 22 is not provided between the control chamber 4 and the valve chamber 21. This is because if the aperture is set here, the nozzle closing speed is reduced. There may or may not be a throttle for setting the valve closing speed upstream of the high-pressure side seat 23, but this embodiment does not provide a throttle. Details of the configurations of the valve body 2, the low-pressure side seat 22, and the high-pressure side seat 23 will be described later.
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。エンジン始動時に高圧サプライポンプが昇圧をはじめた場合、速やかに昇圧するためには、弁体2を低圧側シート22に付勢しておく必要がある。ただし、そのためのバルブスプリング24を弁室21内に配置すると、弁室21容積、つまり制御室4容積が増加し、応答性が低下する。従って、本実施形態のように、バルブスプリング24を高圧側シート22上流に配置するのが望ましい。 A valve spring 24 is disposed at the end of the passage 25 on the valve chamber 21 side to urge the valve body 2 upward. When the high-pressure supply pump starts to increase pressure when starting the engine, it is necessary to bias the valve body 2 to the low-pressure side seat 22 in order to increase the pressure quickly. However, if the valve spring 24 for that purpose is disposed in the valve chamber 21, the volume of the valve chamber 21, that is, the volume of the control chamber 4 increases, and the responsiveness decreases. Therefore, it is desirable to arrange the valve spring 24 upstream of the high-pressure side seat 22 as in this embodiment.
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、ハウジング部材H1内に形成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。縦穴内の空間は低圧通路13となっており、その下側部に形成した通路34にハウジング部材H2側の通路33が接続している。 The drive unit 101 transmits the driving force of the piezo actuator 6 as an actuator to the valve body 2 of the control valve unit 102 using the hydraulic transmission device 61 and the sliding pin member 3. The piezoelectric actuator 6 is accommodated in the upper end portion of the vertical hole formed in the housing member H1, and the hydraulic transmission device 61 is accommodated in the lower end portion. The piezo actuator 6 has a piezo stack in which piezoelectric ceramic layers such as PZT and electrode layers are alternately stacked, and is charged and discharged by a drive circuit (not shown) with the stacking direction (vertical direction) as an expansion / contraction direction. A space in the vertical hole is a low-pressure passage 13, and a passage 33 on the housing member H <b> 2 side is connected to a passage 34 formed on the lower side thereof.
油圧伝達装置61は、筒状のシリンダ部材15内に、同径の第1ピストン62と第2ピストン64を摺動自在に設け、両ピストンの間に作動油を充填した油密室63が設けてなる。第1ピストン62は、大径の上端部がシリンダ部材15の上方に突出してピエゾアクチュエータ6の下端面に当接し、大径の上端部とシリンダ部材15上端面の間に配設したピエゾスプリング65が、第1ピストン62を介してピエゾアクチュエータ6に一定の初期荷重を印加している。これにより、第1ピストン62はピエゾアクチュエータ6との接触を維持しながら、その伸縮に伴い一体に上下動する。 The hydraulic transmission device 61 includes a cylindrical cylinder member 15 in which a first piston 62 and a second piston 64 having the same diameter are slidably provided, and an oil-tight chamber 63 filled with hydraulic oil is provided between the pistons. Become. The first piston 62 has a large diameter upper end projecting above the cylinder member 15 and abutting against the lower end surface of the piezo actuator 6, and a piezo spring 65 disposed between the large diameter upper end portion and the cylinder member 15 upper end surface. However, a certain initial load is applied to the piezo actuator 6 via the first piston 62. As a result, the first piston 62 moves up and down integrally with its expansion and contraction while maintaining contact with the piezoelectric actuator 6.
油密室63内には、バルブスプリング63が配設されて第2ピストン64を下方に付勢しており、第2ピストン64の下端面は、摺動ピン部材3に当接している。摺動ピン部材3は、ハウジング部材H2に形成した摺動穴31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。摺動穴31はハウジング部材H1の縦穴と弁室21を連通するように形成される。従って、ピエゾアクチュエータ6が伸長して第1ピストン62を下方に押圧すると、その押圧力が油密室63において油圧変換され第2ピストン64に伝達される。第2ピストン64は摺動ピン部材3を介して弁体2を駆動する。摺動ピン部材3は、両端部が摺動径より細径のピン状に形成され、その一方が第2ピストン64の下端面に、他方が弁体2の上端面に当接している。 A valve spring 63 is disposed in the oil tight chamber 63 to urge the second piston 64 downward, and a lower end surface of the second piston 64 is in contact with the sliding pin member 3. The sliding pin member 3 is slidably provided in a sliding hole 31 formed in the housing member H <b> 2, and a lower end thereof is in contact with the valve body 2 in the valve chamber 21. The sliding hole 31 is formed to communicate with the vertical hole of the housing member H1 and the valve chamber 21. Accordingly, when the piezo actuator 6 extends and presses the first piston 62 downward, the pressing force is converted into hydraulic pressure in the oil-tight chamber 63 and transmitted to the second piston 64. The second piston 64 drives the valve body 2 via the sliding pin member 3. The sliding pin member 3 is formed in a pin shape whose both ends are smaller than the sliding diameter, one of which is in contact with the lower end surface of the second piston 64 and the other is in contact with the upper end surface of the valve body 2.
図2(a)のように、摺動ピン部材3の摺動部と低圧側シート22との間において、弁体2側のピン状先端部3a周りには、摺動穴31との間に環状空間が形成され、この環状空間に面する摺動穴31の側壁に、絞り部32が開口している。摺動ピン部材3は、少なくとも先端部3aが細径となっていればよく、これにより、低圧側シート径をより小さく形成でき(摺動径を一定とした場合)、低圧側シート開弁駆動力を小さくできる。弁体2は偏平な半球形状で、球面が上側となるように弁室21内に配置される。弁体2の摺動ピン部材3との接触面は、弁体本来の曲率より大きな曲率を有する球面に加工されている。これは、摺動ピン部材3の片あたりの防止とヘルツ応力の緩和のためである。弁室21には、摺動穴31が開口する天井面に、弁体2の球面が当接する円錐面状の低圧側シート22が、通路25が開口する底面に、弁体2の平面が当接する水平面状の高圧側シート23が形成される。 As shown in FIG. 2A, between the sliding portion of the sliding pin member 3 and the low pressure side sheet 22, the pin-shaped tip end portion 3 a on the valve body 2 side is between the sliding hole 31. An annular space is formed, and a throttle portion 32 is opened on the side wall of the sliding hole 31 facing the annular space. The sliding pin member 3 only needs to have a small diameter at least at the distal end portion 3a, whereby the low pressure side seat diameter can be formed smaller (when the sliding diameter is constant), and the low pressure side seat valve opening drive is performed. The power can be reduced. The valve body 2 has a flat hemispherical shape and is disposed in the valve chamber 21 so that the spherical surface is on the upper side. The contact surface of the valve body 2 with the sliding pin member 3 is processed into a spherical surface having a larger curvature than the original curvature of the valve body. This is for preventing the sliding pin member 3 per piece and alleviating the Hertz stress. The valve chamber 21 has a conical low-pressure side sheet 22 in contact with the spherical surface of the valve body 2 on the ceiling surface where the sliding hole 31 opens, and a flat surface of the valve body 2 on the bottom surface where the passage 25 opens. The high-pressure side sheet | seat 23 of the horizontal surface shape which contacts is formed.
このように、シート部の一方を平面シートとすることで、弁室21を構成するハウジング部材H2、H3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。よって、リークを防止でき、加工も容易となる。また、異物のシート部への引っかかり(噛みこみ)を考慮した場合、角部がある平面シートより、滑らかな球面−円錐面シートの方が引っかかりにくい。高圧側シート部に異物を噛みこんでシート不良となった場合には、噴射量は減少する方向となるが、低圧側シート部に異物を噛みこんで閉弁が遅れる場合には、ノズル閉弁タイミングが遅れて噴射量が増加する可能性があり、これを防止するために、低圧側シート部の方を滑らかな球面−円錐面シート形状とするのが望ましい。 Thus, by making one of the seat portions into a flat sheet, even if the housing members H2 and H3 constituting the valve chamber 21 are displaced, the seat between the valve body 2 and the low-pressure side or high-pressure side sheets 22 and 23 Defects are less likely to occur. Therefore, leakage can be prevented and processing is facilitated. In addition, when considering the catching (engagement) of the foreign matter on the sheet part, the smooth spherical-conical sheet is less likely to be caught than the flat sheet having the corners. When a foreign object is caught in the high-pressure side seat part and the sheet becomes defective, the injection amount decreases, but when a foreign object is caught in the low-pressure side sheet part and the valve closing is delayed, the nozzle is closed. There is a possibility that the injection amount may increase with a delay in timing, and in order to prevent this, it is desirable that the low-pressure side seat portion has a smooth spherical-conical seat shape.
摺動ピン部材3は、磨耗防止、摺動性確保のために、少なくとも摺動面に超硬質材料やセラミックを使用した構成とすると好ましい。また、変形ロス防止のために超硬材料等の高ヤング率の部材使用が好ましい。さらに、本実施形態では、摺動ピン部材3を弁体2と別部材とするが、これらを結合して1つの部材としてもよい。別部材とすることにより、弁体2の低圧側シート部の加工が容易になる。上述したように、摺動ピン部材3は、摺動孔31との間に環状空間を形成するためには、弁体2側が細径のピン状に形成されていればよいが、好ましくは、本実施形態のように、両方の端部をピン状の同一形状とする。これにより、上下の区別がなくなるので、組付けが容易になるとともに、誤組付けによる作動不良を防止することができる。 The sliding pin member 3 is preferably configured to use an ultra-hard material or ceramic at least on the sliding surface in order to prevent wear and secure slidability. In addition, it is preferable to use a member having a high Young's modulus such as a super hard material in order to prevent deformation loss. Further, in the present embodiment, the sliding pin member 3 is a separate member from the valve body 2, but they may be combined into one member. By using a separate member, processing of the low pressure side seat portion of the valve body 2 is facilitated. As described above, in order to form the annular space between the sliding pin member 3 and the sliding hole 31, the valve body 2 side may be formed in a pin shape having a small diameter. As in the present embodiment, both ends have the same pin-like shape. Thereby, since there is no distinction between upper and lower, it is easy to assemble, and malfunction due to incorrect assembly can be prevented.
あるいは、図3のように、摺動ピン部材3は、全長が同径の円柱状ピンとすることもできる。この場合は、摺動部と低圧側シート22の間において弁体2に当接する先端部が位置する摺動穴31端部を、摺動径より大きい拡径部32aとして、この拡径部分に絞り部32が形成されているようにしてもよい。こうすることにより、摺動ピン部材3の形状が簡素化され加工が容易になる。これは、摺動ピン部材3が超硬材料等の難加工性材質で製造される場合には、特に有利である。 Alternatively, as shown in FIG. 3, the sliding pin member 3 may be a cylindrical pin having the same overall length. In this case, the end portion of the slide hole 31 where the tip portion contacting the valve body 2 is located between the slide portion and the low-pressure side sheet 22 is defined as an enlarged portion 32a larger than the slide diameter. The aperture portion 32 may be formed. This simplifies the shape of the sliding pin member 3 and facilitates processing. This is particularly advantageous when the sliding pin member 3 is made of a difficult-to-work material such as a super hard material.
本実施形態では、低圧側シート22と高圧側シート23のシート径の関係は、低圧側シート径≦高圧側シート径、好ましくは、低圧側シート径<高圧側シート径となっている。このように、低圧側シート開口面積より高圧側シート開口面積の方を大きくすることで、ノズル閉弁時に速やかに制御室4を増圧し、ノズル閉弁速度を大きくすることができる。そのため、弁体2を球部材より加工する場合には、弁体2に形成されるシート平面は、球の中心付近に形成される。シート平面が球中心から離れており、かつ低圧側シート径を高圧側シート径より小さくしたい場合には、低圧側シート22となるハウジング部材H2の円錐面は、円錐頂角が180°に近くなり、シートの安定性が弱くなる。摺動ピン部材3の摺動径と低圧側シート22、高圧側シート23のシート径の関係は、摺動径≦高圧側シート径、摺動径≦低圧側シート径となっている。摺動径を小さくすることで、開閉弁、特に高圧側シート閉弁に必要な駆動力を小さくできる。 In the present embodiment, the relationship between the sheet diameters of the low-pressure side sheet 22 and the high-pressure side sheet 23 is such that the low-pressure side sheet diameter ≦ the high-pressure side sheet diameter, preferably the low-pressure side sheet diameter <the high-pressure side sheet diameter. Thus, by increasing the high pressure side seat opening area larger than the low pressure side seat opening area, the pressure in the control chamber 4 can be quickly increased when the nozzle is closed, and the nozzle closing speed can be increased. Therefore, when processing the valve body 2 from a spherical member, the seat plane formed on the valve body 2 is formed near the center of the sphere. When the seat plane is away from the center of the sphere and the low-pressure side seat diameter is desired to be smaller than the high-pressure side seat diameter, the conical surface of the housing member H2 serving as the low-pressure side seat 22 has a cone apex angle close to 180 °. , The stability of the sheet will be weakened. The relationship between the sliding diameter of the sliding pin member 3 and the sheet diameters of the low-pressure side sheet 22 and the high-pressure side sheet 23 is: sliding diameter ≦ high-pressure side sheet diameter, sliding diameter ≦ low-pressure side sheet diameter. By reducing the sliding diameter, the driving force required for the on-off valve, particularly the high-pressure side valve closing can be reduced.
低圧側シート22は、低圧側シート開弁負荷を小さくするために、シート径は小さい方がよい。図2(a)のように、低圧側シート22が閉鎖されている時、弁室21内は高圧(コモンレール供給圧Pc)となっており、この供給圧Pcが低圧側シート開口面積に上向きに作用している。従って、低圧側シート22のシート径を小さくすることで、低圧側シート開弁負荷を小さくして、開弁に必要な駆動力を小さくすることができる。 The low pressure side seat 22 should have a small seat diameter in order to reduce the low pressure side seat opening load. As shown in FIG. 2A, when the low pressure side seat 22 is closed, the inside of the valve chamber 21 is at a high pressure (common rail supply pressure Pc), and this supply pressure Pc is directed upward to the low pressure side seat opening area. It is working. Therefore, by reducing the seat diameter of the low-pressure side seat 22, the low-pressure side seat opening load can be reduced and the driving force required for opening the valve can be reduced.
さらに、シート径が大きい高圧側シート23の閉弁力を確保するため、高圧側シート23の閉鎖時に弁室21の燃料圧をアシスト圧として利用する。これにより、高圧側閉弁駆動力を、高圧側シート開口面積×供給圧より小さくできる。図2(b)のように、低圧側シート22の下流に絞り部32を有する構成では、低圧側シート開弁時の弁室21の圧力すなわち制御室4の圧力は、低圧通路13より高くなる。そこで、この圧力をノズルニードル5が開弁可能な範囲で高く維持することで、高圧側シート閉弁負荷をできるだけ小さくする。ノズル開弁時の制御室圧力比kpo(ノズルニードル5が開弁できる制御室4圧の供給圧に対する比)を用いると、弁室21の圧力は、kpo・Pcで表され、この圧力kpo・Pcを供給圧Pcから減じた圧力Pc・(1−kpo)が、(高圧側シート開口面積−低圧側シート開口面積)に上向きに作用することになる。 Furthermore, in order to ensure the valve closing force of the high pressure side seat 23 having a large seat diameter, the fuel pressure in the valve chamber 21 is used as an assist pressure when the high pressure side seat 23 is closed. Thereby, the high pressure side valve closing driving force can be made smaller than the high pressure side seat opening area × the supply pressure. As shown in FIG. 2B, in the configuration having the throttle portion 32 downstream of the low pressure side seat 22, the pressure in the valve chamber 21 when the low pressure side seat is opened, that is, the pressure in the control chamber 4 is higher than that in the low pressure passage 13. . Therefore, by maintaining this pressure high as long as the nozzle needle 5 can be opened, the high-pressure side seat closing load is made as small as possible. When the control chamber pressure ratio kpo (the ratio of the control chamber 4 pressure at which the nozzle needle 5 can be opened) to the supply pressure is used when the nozzle is opened, the pressure in the valve chamber 21 is represented by kpo · Pc, and this pressure kpo · The pressure Pc · (1-kpo) obtained by subtracting Pc from the supply pressure Pc acts upward on (high-pressure side sheet opening area−low-pressure side sheet opening area).
具体的には、通常使用領域では、ノズルニードル5がフルリフトしてストッパ(制御室上端面)に接触することはなく、少なくとも供給圧Pcが最高供給圧Pcmaxの半分以上の領域においては、制御室4圧が供給圧Pcの半分以下にならないように各種設計値が決められている。好適には、高圧側シート閉弁負荷が低圧側シート閉弁負荷と同等かそれより小さくなるように、制御室圧力比kpoを設定するのがよい。代表的な例として、摺動ピン部材3の摺動径=φ0.8、低圧側シート径=φ1.2、高圧側シート径=φ1.5、最高供給圧200MPaの場合において、ノズル開弁時の制御室圧力比kpoと低圧側シート開弁負荷および高圧側シート閉弁負荷の関係を図4に示す。この図より、次式で表される制御室圧力比kpoが大きいほど高圧側シート閉弁負荷が小さくなり、およそ0.5以上あれば、高圧側シート閉弁負荷を低圧側シート開弁負荷より小さくできることがわかる。
一般に、ピエゾアクチュエータ6の出力特性は、ピエゾ変位が大きい場合には発生力が小さくなる関係にある。変位が大きい高圧側シート23側では、発生力が小さくなるため、シート径が大きい場合に高圧側シート23の閉弁力を確保しようとすると、駆動エネルギーが大きくなってしまう。このように、変位が大きくなるほど発生力が小さくなるピエゾアクチュエータ6を使用する場合に、本発明の構成を採用し弁室21の燃料圧をアシスト力として利用すると、高圧側シート閉弁負荷を小さくできるので、有利である。具体的には、ノズルシート径、ノズル摺動径、ノズルセット荷重が前記数式を満足するように決定される。 In general, the output characteristics of the piezo actuator 6 are such that the generated force decreases when the piezo displacement is large. Since the generated force is small on the high pressure side seat 23 side where the displacement is large, driving energy increases if an attempt is made to secure the valve closing force of the high pressure side seat 23 when the seat diameter is large. Thus, when using the piezo actuator 6 in which the generated force decreases as the displacement increases, if the configuration of the present invention is used and the fuel pressure in the valve chamber 21 is used as the assist force, the high-pressure side seat closing load is reduced. This is advantageous. Specifically, the nozzle sheet diameter, the nozzle sliding diameter, and the nozzle set load are determined so as to satisfy the above formula.
次に、上記構成のインジェクタ1の作動を説明する。図2(a)は、図1の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、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32、通路33と弁室2との連通が遮断される。弁室2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。この時、連通路41を介して弁室2と連通する制御室4も高圧となる。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 having the above configuration will be described. FIG. 2A shows a state where the piezo actuator 6 of FIG. 1 is contracted in a discharged state. The valve body 2 is in an upper end position that closes the low-pressure side seat 22, and communication between the throttle portion 32, the passage 33, and the valve chamber 2 reaching the low-pressure passage 13 is blocked. The valve chamber 2 is at a high pressure by the fuel flowing from the high pressure passage 12 through the passage 25 and the high pressure side seat 23. At this time, the control chamber 4 communicating with the valve chamber 2 via the communication passage 41 is also at a high pressure. The nozzle needle 5 is seated on the nozzle seat 55 by the pressure of the control chamber 4 and the biasing force of the spring 56, and fuel is not injected.
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が充填されて伸長する。これに伴い、第1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第2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32、通路33を介して低圧通路13に連通し、制御室4の圧力が降下して、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。この時、低圧側シート22下流に絞り部32を有するので、制御室4の圧力降下は緩やかとなり、ノズル開弁速度は小さくなる。 When the piezo actuator 6 is energized from this state, the piezo actuator 6 is filled and extended. Along with this, the first piston 62 moves downward and the hydraulic oil (here, light oil) in the oil-tight chamber 63 is compressed. When the second piston 64 moves downward by the pressure of the hydraulic oil and the sliding pin member 3 pushes down the valve body 2, the valve body 2 is separated from the low-pressure side seat 22, and is further displaced downward to cause a high-pressure side seat. Sitting on 23. As a result, the control chamber 4 communicates with the low pressure passage 13 via the valve chamber 21, the low pressure side seat 22, the throttle portion 32, and the passage 33, and the pressure in the control chamber 4 drops, and the downward biasing force of the nozzle needle 5. Falls below the upward biasing force, the nozzle needle 5 is separated and fuel injection is started. At this time, since the throttle portion 32 is provided downstream of the low-pressure side sheet 22, the pressure drop in the control chamber 4 becomes gentle and the nozzle opening speed becomes small.
また、弁室21の圧力kpo・Pcが、アシスト力として、高圧側シート23を閉鎖する方向に作用するので、高圧側シート閉弁負荷が低圧側シート開弁負荷と同等以下となり、高圧側閉弁駆動力を小さくすることができる。よって、ピエゾアクチュエータ6の出力特性を、効率よく利用することができる。 Further, since the pressure kpo · Pc in the valve chamber 21 acts as an assisting force in the direction of closing the high-pressure side seat 23, the high-pressure side seat closing load becomes equal to or less than the low-pressure side seat opening load, and the high-pressure side closing is performed. The valve driving force can be reduced. Therefore, the output characteristics of the piezo actuator 6 can be used efficiently.
ピエゾアクチュエータ6を再び放電して収縮させると、第1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、ニードル3が着座して噴射が終了する。この時、低圧側シート径≦高圧側シート径としたので、制御室4圧力が速やかに上昇し、ノズル閉弁速度が大きくなる。 When the piezo actuator 6 is discharged and contracted again, the first piston 62 moves upward, the pressure in the oil-tight chamber 63 drops, and the push-down force of the valve body 2 is released. Therefore, the valve body 2 is seated on the low pressure side seat 22, the space between the control chamber 4 and the low pressure passage 13 is cut off, and the pressure of the control chamber 4 rises again by the high pressure fuel flowing in through the passage 25, and the needle 3 Sit down and the injection ends. At this time, since the low-pressure side seat diameter is equal to or less than the high-pressure side seat diameter, the pressure in the control chamber 4 rises quickly and the nozzle closing speed increases.
図5は、ノズル開弁速度およびノズル閉弁速度と噴射量制御性の関係を示す図で、図5(a)はノズル開弁速度>ノズル閉弁速度、図5(b)はノズル開弁速度<ノズル閉弁速度の場合であり、矩形噴射レベルを同一とするために、ノズル開弁速度+ノズル閉弁速度=一定としてある。図5(a)、(b)において、噴射終了指示タイミングが、駆動パルス終了タイミングバラツキ(ノイズ影響含む)、ピエゾ収縮バラツキ等により、B1〜B2間で変動した場合、噴射終了タイミングは、C1〜C2間で変動する。この時、図5(b)のように、ノズル開弁速度が遅く、ノズル閉弁速度が速い方が、噴射終了タイミングバラツキ(噴射量バラツキ)が小さくなり、噴射量制御性が向上することがわかる。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the nozzle opening speed and the nozzle closing speed and the injection amount controllability. FIG. 5A shows the nozzle opening speed> the nozzle closing speed, and FIG. 5B shows the nozzle opening. This is the case where the speed is less than the nozzle closing speed, and in order to make the rectangular injection level the same, the nozzle opening speed + the nozzle closing speed = constant. 5A and 5B, when the injection end instruction timing varies between B1 and B2 due to variations in drive pulse end timing (including noise effects), piezo contraction variations, etc., the injection end timing is C1 to C1. Vary between C2. At this time, as shown in FIG. 5B, when the nozzle opening speed is slower and the nozzle closing speed is faster, the injection end timing variation (injection amount variation) becomes smaller, and the injection amount controllability is improved. Recognize.
図6は、本発明の第2の実施形態であり、ピエゾ駆動部101の油圧伝達装置61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。 FIG. 6 shows another example of the configuration of the hydraulic transmission device 61 of the piezo drive unit 101 according to the second embodiment of the present invention. The overall configuration and basic operation of the injector 1 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
図6のように、本実施形態では、筒状シリンダ15内に、上端閉鎖の筒状とした第1ピストン62を摺動自在に設け、その筒内にこれより小径とした第2ピストン64を摺動自在に設ける。第1ピストン62と第2ピストン64で囲まれる空間には作動油を充填した油密室63が形成される。第1ピストン62はその下方に配したピエゾスプリング65により上方に付勢されており、第1ピストン62の筒内から下方に突出する第2ピストン64の下端面に摺動ピン部材3が当接している。第1ピストン62の上部壁には、油密室63と低圧部とを連通してチェック弁67が設けられる。油密室63の圧力がリークにより低下した時に、低圧部から燃料がボール弁を押し下げて流入し、油密室63に燃料を補充することができる。 As shown in FIG. 6, in this embodiment, a first piston 62 having a cylindrical shape with a closed upper end is slidably provided in a cylindrical cylinder 15, and a second piston 64 having a smaller diameter is provided in the cylinder. Provide slidable. In a space surrounded by the first piston 62 and the second piston 64, an oil tight chamber 63 filled with hydraulic oil is formed. The first piston 62 is urged upward by a piezo spring 65 disposed below the first piston 62, and the sliding pin member 3 comes into contact with the lower end surface of the second piston 64 projecting downward from the cylinder of the first piston 62. ing. A check valve 67 is provided on the upper wall of the first piston 62 so as to communicate the oil-tight chamber 63 and the low-pressure portion. When the pressure in the oil-tight chamber 63 decreases due to leakage, the fuel flows from the low-pressure portion by pushing down the ball valve, and the oil-tight chamber 63 can be replenished.
本実施形態によっても、上記各実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、第1ピストン62内に第2ピストン64を収容する構成としたので、油圧伝達装置61の軸方向長が短くなる。よって、インジェクタ全体がコンパクトになる。 Also according to this embodiment, the same effects as those of the above embodiments can be obtained. Further, in the present embodiment, since the second piston 64 is accommodated in the first piston 62, the axial length of the hydraulic transmission device 61 is shortened. Therefore, the whole injector becomes compact.
図7、8は、本発明の第3の実施形態であり、制御弁部102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7、8のように、本実施形態では、弁体2を略半球状の上半部とこれより外径の小さい柱状の下半部からなる茸形状としている。摺動ピン部材3は全長が同径の円柱状ピンとし、その先端部が位置する摺動穴31端部を摺動径より大径の拡径部3aとして、ここに絞り部32を開口させている。バルブスプリング24は弁室21内に配設され、その底面とフランジ状に張り出す弁体2の上半部下面との間に支持されている。 7 and 8 show a third embodiment of the present invention, and show another configuration example of the control valve unit 102. The overall configuration and basic operation of the injector 1 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. As shown in FIGS. 7 and 8, in this embodiment, the valve body 2 has a bowl shape composed of a substantially hemispherical upper half and a columnar lower half having a smaller outer diameter. The sliding pin member 3 is a cylindrical pin having the same overall length, and the end portion of the sliding hole 31 where the tip portion is located is used as an enlarged portion 3a having a diameter larger than the sliding diameter, and a throttle portion 32 is opened here. ing. The valve spring 24 is disposed in the valve chamber 21 and is supported between the bottom surface of the valve spring 24 and the lower surface of the upper half of the valve body 2 protruding in a flange shape.
本実施形態の構成では、バルブスプリング24を高圧側シート23上流の通路に配置しないので、高圧側シート径を小さくすることができる。このようにすると高圧側シート23閉弁に必要な駆動力を小さくでき、さらに、上記実施形態同様に、摺動径≦高圧側シート径とすることで、高圧側シート23の閉弁負荷をより小さくして、エネルギー効率を向上させることができる。また、本実施形態では、高圧側シート径≦低圧側シート径としてある。 In the configuration of the present embodiment, the valve spring 24 is not disposed in the passage upstream of the high-pressure side seat 23, so the high-pressure side seat diameter can be reduced. In this way, the driving force required for closing the high-pressure side seat 23 can be reduced, and, as in the above-described embodiment, by making the sliding diameter ≦ the high-pressure side seat diameter, the valve closing load of the high-pressure side seat 23 can be further increased. It can be reduced to improve energy efficiency. In the present embodiment, the high-pressure side sheet diameter ≦ the low-pressure side sheet diameter.
上記実施形態では、ノズル閉弁速度を速くするために高圧側シート径を大きくしたが、これに限るものではなく、本実施形態のように、高圧側シート径≦低圧側シート径とすることで、低圧側シート22側の発生力が大きいピエゾアクチュエータ6の出力特性を有効に利用できる。 In the above embodiment, the high-pressure side seat diameter is increased in order to increase the nozzle closing speed. However, the present invention is not limited to this, and by setting the high-pressure side seat diameter ≦ the low-pressure side seat diameter as in this embodiment. The output characteristics of the piezoelectric actuator 6 having a large generated force on the low-pressure side sheet 22 side can be effectively used.
また、図7のように、本実施形態では、制御室4と弁室21との間の連通路41を、低圧側シート22より開口面積が小さい絞りとして設定している。これにより、制御室4の圧力変動を抑制して、ノズルニードル開弁時の振動を抑制することができる。 Further, as shown in FIG. 7, in this embodiment, the communication path 41 between the control chamber 4 and the valve chamber 21 is set as a throttle having a smaller opening area than the low-pressure side seat 22. Thereby, the fluctuation | variation of the pressure of the control chamber 4 can be suppressed, and the vibration at the time of nozzle needle valve opening can be suppressed.
上記実施形態のように、アクチュエータとしてピエゾアクチュエータ6を用いた場合には、変位が非常に小さいため、大径の第1ピストン62と小径の第2ピストン64を組み合わせた油圧伝達装置61を用いることもできる。この場合、変位を拡大して伝達できるので、より効率よく動力を伝達することができる。 When the piezo actuator 6 is used as an actuator as in the above embodiment, since the displacement is very small, the hydraulic transmission device 61 in which the large-diameter first piston 62 and the small-diameter second piston 64 are combined is used. You can also. In this case, the displacement can be enlarged and transmitted, so that the power can be transmitted more efficiently.
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、磁歪素子等を用いることもできる。 Any actuator may be used as long as it is an element that generates a displacement by energization. In addition to the piezoelectric element used in each of the above embodiments, a magnetostrictive element or the like can also be used.
H1〜H4 ハウジング部材
H5 リテーナ
1 インジェクタ
11 燃料導入口
12 高圧通路
13 低圧通路
14 燃料導出口
101 ノズル部
102 制御弁部
103 駆動部
2 弁体
21 弁室
22 低圧側シート
23 高圧側シート
24 バルブスプリング
25 通路
3 摺動ピン部材
3a ピン状先端部
31 摺動穴
32 絞り部
33、34 通路
4 制御室
41 連通路
42 筒状部材
5 ノズルニードル
51 フランジ
52 油溜まり室
53 サック部
54 噴孔
55 ノズルシート
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 第1ピストン
63 油密室
64 第2ピストン
65 ピエゾスプリング
66 バルブスプリング
H1 to H4 Housing member H5 Retainer 1 Injector 11 Fuel introduction port 12 High pressure passage 13 Low pressure passage 14 Fuel outlet port 101 Nozzle part 102 Control valve part 103 Drive part 2 Valve body 21 Valve chamber 22 Low pressure side seat 23 High pressure side seat 24 Valve spring 25 passage 3 sliding pin member 3a pin-shaped tip 31 sliding hole 32 throttling portion 33, 34 passage 4 control chamber 41 communication passage 42 cylindrical member 5 nozzle needle 51 flange 52 oil reservoir chamber 53 sack portion 54 nozzle hole 55 nozzle Seat 6 Piezo actuator (actuator)
61 Hydraulic transmission device 62 First piston 63 Oil tight chamber 64 Second piston 65 Piezo spring 66 Valve spring
Claims (12)
該制御室へ上記高圧通路の燃料を流入させるとともに、上記制御室から上記制御室内の燃料を流出させる共通の連通路と、
上記連通路と上記高圧通路および低圧通路との連通・遮断を切り替えることにより上記制御室の圧力を増減させる3方弁構造の制御弁と、
上記制御弁の弁体を駆動して上記低圧通路に連通する低圧側シートまたは上記高圧通路に連通する高圧側シートに選択的に着座させる駆動部を備え、
上記駆動部が、通電により変位を発生するアクチュエータと、ピン状の先端部が弁室に収容される上記制御弁の弁体に当接し、上記アクチュエータの変位に伴い摺動穴内を摺動して駆動力を伝達する摺動ピン部材を有し、
上記摺動ピン部材の摺動部と上記低圧側シートとの間において、上記ピン状の先端部周りに形成した空間を、絞り部を介して上記低圧通路に接続するとともに、
上記摺動部の摺動径と上記高圧側シートのシート径の関係を、摺動径≦高圧側シート径とし、
上記摺動部の摺動径と上記低圧側シートのシート径の関係を、摺動径≦低圧側シート径とし、
上記弁室と連通する上記制御室の圧力を上記弁体に、上記高圧側シートを閉鎖する方向にアシスト力として作用させるように構成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, and a control chamber that applies pressure in a valve closing direction to the nozzle needle;
A common communication passage for allowing the fuel in the high-pressure passage to flow into the control chamber and for letting out the fuel in the control chamber from the control chamber;
A control valve of three-way valve structure to increase or decrease the pressure in the control chamber by switching the communication and interruption between the communication passage and said high-pressure passage and the low pressure passage,
A drive unit for driving the valve body of the control valve and selectively seating on the low pressure side seat communicating with the low pressure passage or the high pressure side seat communicating with the high pressure passage;
The drive unit is in contact with the actuator that generates displacement when energized, and the valve body of the control valve whose pin-shaped tip is housed in the valve chamber, and slides in the sliding hole as the actuator is displaced. It has a sliding pin member that transmits driving force,
Between the sliding portion of the sliding pin member and the low-pressure side sheet, a space formed around the pin-shaped tip portion is connected to the low-pressure passage through the throttle portion, and
The relationship between the sliding diameter of the sliding portion and the sheet diameter of the high-pressure side sheet is set as sliding diameter ≦ high-pressure side sheet diameter,
The relationship between the sliding diameter of the sliding portion and the sheet diameter of the low-pressure side sheet is set as sliding diameter ≦ low-pressure side sheet diameter,
A common rail injector configured to cause the pressure of the control chamber communicating with the valve chamber to act on the valve body as an assisting force in a direction of closing the high-pressure side seat .
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