JP5257212B2 - Fuel injection valve - Google Patents
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Description
本発明は燃料噴射弁に関する。 The present invention relates to a fuel injection valve.
内燃機関のコモンレール式燃料噴射装置では、ニードルを動作させることにより燃料噴射弁の噴孔の開閉を行い、燃料を噴射する。燃料噴射弁の開閉状態を制御するアクチュエータとして、電圧の印加に応じて伸縮するピエゾスタックが用いられることがある。 In a common rail type fuel injection device for an internal combustion engine, a needle is operated to open and close a nozzle hole of a fuel injection valve to inject fuel. As an actuator for controlling the open / close state of the fuel injection valve, a piezo stack that expands and contracts in response to application of a voltage may be used.
燃料の要求噴射量が増加すると、ニードルのリフト量や噴射率が増大し、ペネトレーションが増加することがある。ペネトレーションが増加した場合、噴射された燃料が気筒内のオイルを洗い流す、いわゆるボアフラッシング等が発生することがある。すなわち、ペネトレーションを抑制しようとすれば、燃料噴射量が不足することになる。このように、ペネトレーションの抑制と所望の噴射量とを両立させることが困難であった。 When the required fuel injection amount increases, the needle lift amount and the injection rate may increase, and the penetration may increase. When the penetration increases, so-called bore flushing or the like in which the injected fuel ishes out the oil in the cylinder may occur. That is, if it is going to suppress penetration, the amount of fuel injection will run short. Thus, it is difficult to achieve both suppression of penetration and a desired injection amount.
特許文献1には、ニードルのリフト量を規制する可動ストッパを設け、アクチュエータによりニードルに加わる圧力を調節し、かつ可動ストッパのリフト量を制御する技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technique in which a movable stopper that regulates the lift amount of the needle is provided, the pressure applied to the needle by an actuator is adjusted, and the lift amount of the movable stopper is controlled.
特許文献1の技術によれば、可動ストッパによりリフト量を制御することで、燃料の噴射量を制御することができる。しかしながら、ペネトレーションの抑制と所望の噴射量を両立させることは困難である。また、燃料噴射弁は構成が複雑であり、その構成は燃料噴射弁のコストアップの原因となる可能性がある。 According to the technique of Patent Document 1, the amount of fuel injection can be controlled by controlling the lift amount using a movable stopper. However, it is difficult to achieve both suppression of penetration and a desired injection amount. Further, the configuration of the fuel injection valve is complicated, and the configuration may cause an increase in the cost of the fuel injection valve.
本発明は、上記課題に鑑み、簡単な構成により噴霧のペネトレーションの抑制が可能な燃料噴射弁の提供を課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel injection valve capable of suppressing spray penetration with a simple configuration.
本発明は、先端部に噴孔を備えたノズルボディと、前記先端部に燃料を供給する燃料通路と、前記ノズルボディ内に摺動自在に配置されたニードルと、前記ノズルボディ内であって、前記ニードルの摺動方向に摺動自在に配置された、前記ニードルのリフトを規制する可動ストッパと、前記燃料通路と接続され、前記ニードル及び前記可動ストッパを前記ノズルボディの先端側に付勢する圧力を創出する燃料が導入される制御室と、前記可動ストッパを移動させる移動手段と、を具備し、前記移動手段は、前記制御室内に創出された圧力を低減する圧力低減手段と、前記ノズルボディ内に配置され、前記圧力低減手段を作動させるアクチュエータと、前記可動ストッパを前記ノズルボディの基端側に付勢する第1付勢手段と、を含み、前記可動ストッパは、前記アクチュエータの動作に応じ、第1の位置と前記第1の位置より前記ノズルボディの基端側の位置である第2の位置との間で摺動し、前記第1付勢手段は、前記燃料通路内の燃料の圧力が所定の圧力より高い場合、前記可動ストッパが前記第1の位置において前記ニードルのリフトを規制し、前記燃料の圧力が所定の圧力より低い場合、前記可動ストッパが前記第2の位置において前記ニードルのリフトを規制するように、前記可動ストッパを付勢することを特徴とする燃料噴射弁である。本発明によれば、可動ストッパが、噴射率が低くなる第1の位置においてニードルのリフトを規制する。また、ニードルと可動ストッパとには、ともに制御室内の燃料から圧力が加わる。このため、簡単な構成により噴霧のペネトレーションの抑制が可能となる。 The present invention includes a nozzle body having a nozzle hole at a tip portion, a fuel passage for supplying fuel to the tip portion, a needle slidably disposed in the nozzle body, and a nozzle body. A movable stopper that is slidably arranged in a sliding direction of the needle and is connected to the fuel passage, and urges the needle and the movable stopper toward the tip end side of the nozzle body. A control chamber into which fuel for generating pressure is introduced, and a moving means for moving the movable stopper, wherein the moving means reduces the pressure created in the control chamber, and disposed within the nozzle body, comprising an actuator for actuating the pressure reducing means, a first biasing means for biasing the movable stopper to the proximal end side of the nozzle body, wherein the Allowed Stopper, according to the operation of the actuator, the position of the base end side of the nozzle body than the first position the first position to slide and a second position, said first biasing means When the fuel pressure in the fuel passage is higher than a predetermined pressure, the movable stopper restricts the lift of the needle at the first position, and when the fuel pressure is lower than the predetermined pressure, the movable stopper In the fuel injection valve, the movable stopper is urged so that the stopper restricts the lift of the needle at the second position . According to the present invention, the movable stopper regulates the lift of the needle at the first position where the injection rate becomes low. Further, pressure is applied to the needle and the movable stopper from the fuel in the control chamber. For this reason, the penetration of the spray can be suppressed with a simple configuration.
本発明によれば、噴霧のペネトレーションを最適化できる燃料噴射弁を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel injection valve which can optimize the penetration of spray can be provided.
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
初めに、実施例1に係る燃料噴射弁100の構成について説明する。図1は燃料噴射弁100を例示する断面図である。なお、図1は閉弁状態を図示している。
First, the configuration of the
図1に示すように、燃料噴射弁100はEDU4を介してECU(Engine Control Unit)2と接続されている。燃料噴射弁100は、ノズルボディ8、ニードル10、ピエゾスタック12(アクチュエータ)、及び可動ストッパ46を備えている。
As shown in FIG. 1, the
ノズルボディ8には、基端側から先端側に向けて順に、アクチュエータ室14、第1ピストン室16、油密室18、第2ピストン室20、バルブ室22、第3ピストン室23、第1リターン室24、制御室26、第2リターン室28、及び燃料溜り室30が設けられている。ノズルボディ8の先端部に設けられた燃料溜り室30には、噴孔6が形成されている。第3ピストン室23、制御室26及び燃料溜り室30に高圧燃料通路34(燃料通路)が接続され、燃料が導入されている。実施例1では、高圧燃料通路34及びリターン通路36は、ノズルボディ8内に形成されている。アクチュエータ室14、第1ピストン室16、第2ピストン室20、第1リターン室24及び第2リターン室28にリターン通路36が接続されている。バルブ室22と制御室26とは燃料通路21により接続されている。第1ピストン室16にはバネ16a、油密室18にはバネ18a、第1リターン室24にはバネ24a、第2リターン室28にはバネ28a及び28bが、各々設けられている。
In the
アクチュエータ室14にはピエゾスタック12が配置されている。ピエゾスタック12の先端側に接続された第1ピストン38は第1ピストン室16に配置されている。第2ピストン室20には第2ピストン40が配置されている。第2ピストン40の先端側に接続されたバルブ42はバルブ室22に配置され、バルブ42の先端に接続された第3ピストン44は第3ピストン室23に配置されている。図1の状態においては、バルブ42がバルブ室22と第2ピストン室20との接続を遮断している。
A
ニードル10はノズルボディ8内に摺動自在に配置されている。ニードル10の先端部はテーパ形状となっている。ニードル10の基端部には鍔部10bが形成されている。また、ニードル10の先端部と基端部との間、すなわち中央部には鍔部10cが形成されている。ニードル10の先端部は燃料溜り室30に、基端側の鍔部10bは制御室26に、中央部の鍔部10cは第2リターン室28と燃料溜り室30とに、各々配置されている。
The
ニードル10の先端部はテーパ形状となっているため、燃料溜り室30内の燃料から、ニードル10をノズルボディ8の基端側に付勢する圧力を受ける。すなわち、燃料溜り室30にはニードル10をノズルボディ8の基端側に付勢する圧力を創出する燃料が導入される。ニードル10の基端側の面11は、制御室26内の燃料からニードル10をノズルボディ8の先端側に付勢する圧力を受ける。鍔部10cの基端側の面13は第2リターン室28に設けられたバネ28bから、ニードル10をノズルボディ8の先端側に付勢する力を受ける。つまり、ニードル10は、制御室26内の燃料及びバネ28bから閉弁方向の力を受け、燃料溜り室30内の燃料から開弁方向の力を受ける。
Since the distal end portion of the
図1の状態では、閉弁方向の力(制御室26内の圧力に起因する力、及びバネ28bから加わる力)が開弁方向の力(燃料溜り室30内の圧力に起因する力)を上回っているため、ニードル10先端部のシート部10aはノズルボディ8の内壁に着座している。このため、噴孔6への燃料の供給が遮断される。すなわち、燃料噴射弁100は閉弁している。
In the state of FIG. 1, the force in the valve closing direction (the force due to the pressure in the
可動ストッパ46はノズルボディ8内に位置している。また、可動ストッパ46の基端部は制御室26に位置している。可動ストッパ46はニードル10及びノズルボディ8に対して摺動自在である。すなわち、可動ストッパ46は、ニードル10の摺動方向に摺動自在に配置されている。可動ストッパ46の基端部には係止部46a、先端部には突出部46bが各々設けられている。可動ストッパ46は制御室26内の燃料から、可動ストッパ46をノズルボディ8の先端側に付勢する圧力を受ける。すなわち、制御室26にはニードル10及び可動ストッパ46を先端側に付勢する圧力を創出する燃料が導入される。また、可動ストッパ46は第2リターン室28に設けられたバネ28aから、可動ストッパ46をノズルボディ8の基端側に付勢する力を受ける。すなわち、バネ28aは、可動ストッパ46をノズルボディ8の基端側に付勢する第1付勢手段として機能する。
The
次に、燃料噴射弁100の動作について説明する。ECU2が燃料噴射弁100を開弁する命令を発信すると、命令を受信したEDU4がピエゾスタック12に電圧を印加する。電圧を印加されたピエゾスタック12は、ノズルボディ8の先端側に伸長する。ピエゾスタック12が伸長すると、第1ピストン38はノズルボディ8の先端側に移動する。第1ピストン38の移動により、油密室18内の燃料の圧力が昇圧する。第2ピストン40は、油密室18内の燃料の圧力を受け、ノズルボディ8の先端側に移動する。さらに、第2ピストン40の先端側に接続されたバルブ42、及びバルブ42の先端側に接続された第3ピストン44が、ノズルボディ8の先端側に移動する。
Next, the operation of the
バルブ42が移動すると、バルブ室22と第2ピストン室20とが接続される。さらに、バルブ室22とリターン通路36とが、第2ピストン室20を介して接続される。第2ピストン室には、燃料通路21を介して制御室26が接続されている。従って、バルブ42の移動に応じて、制御室26は、燃料通路21、バルブ室22及び第2ピストン室20を介して、リターン通路36に接続される。このとき、制御室26内の燃料がリターン通路36に流出するため、制御室26内の燃料の圧力(以下「制御室圧」)は低減する。つまり、バルブ室22及びバルブ42は、ピエゾスタック12の動作に応じて、制御室圧を低減する圧力低減手段として機能する。また、ピエゾスタック12は、圧力低減手段、すなわちバルブ室22及びバルブ42を作動させる。
When the
制御室圧が低減すると、ニードル10に加わる閉弁方向の力が低減する。ニードル10に加わる開弁方向の力が、閉弁方向の力を上回ると、ニードル10はノズルボディ8の基端側にリフトする。つまり、ニードル10のシート部10aがノズルボディ8の内壁から離座する。このとき、燃料溜り室30内の燃料が噴孔6に供給され、噴孔6から噴射される。すなわち、燃料噴射弁100が開弁する。
When the control chamber pressure is reduced, the force in the valve closing direction applied to the
次に、高圧燃料通路34内の燃料の圧力(レール圧)が所定の圧力より高い場合、及び低い場合、それぞれにおける燃料噴射弁100の動作について、さらに詳しく説明する。
Next, when the fuel pressure (rail pressure) in the high-
まず、レール圧力が所定の圧力より高い場合について説明する。図2(a)から図2(f)は、燃料噴射弁100の動作を例示するタイムチャートである。
First, a case where the rail pressure is higher than a predetermined pressure will be described. FIGS. 2A to 2F are time charts illustrating the operation of the
図2の横軸は時間を表す。縦軸は図2(a)から図2(f)の順に、ピエゾスタック12に印加される電圧、制御室圧に起因する力、バネ28aの力(バネ力)、可動ストッパ46に加わる力(ストッパ作用力)、可動ストッパのリフト量(可動ストッパリフト)、及びニードル10のリフト量(ニードルリフト)を表す。可動ストッパ46に加わる力、及びリフト量は、ノズルボディ8の基端側の方向を正として表す。
The horizontal axis in FIG. 2 represents time. 2A to 2F, the vertical axis represents the voltage applied to the
また、図3(a)から図4は燃料噴射弁100の動作を例示する断面図である。図3(a)から図4では、図1におけるニードル10、可動ストッパ46及びその周辺を拡大して図示している。図3(a)は図2中の時間0からt2、図3(b)は時間t3からt4、図4は時間t4からt5の各々における燃料噴射弁100を例示する断面図である。既述した構成と同様の構成については、説明を省略する。
3A to 4 are cross-sectional views illustrating the operation of the
図2(d)に示すように、時間0からt1、すなわちピエゾスタック12への電圧印加前は、制御室圧に起因する力はバネ力よりも高い。つまり、可動ストッパ46をノズルボディ8の先端側に付勢する力が、基端側に付勢する力を上回っている。このとき、可動ストッパ46に加わるストッパ作用力は負、すなわち可動ストッパ46を先端側に付勢する力となる。
As shown in FIG. 2D, the force due to the control chamber pressure is higher than the spring force from
従って、図3(a)及び図2(e)に示すように、可動ストッパ46のリフト量はゼロであり、突出部46bがノズルボディ8の内壁に着座する。実施例1においては、このときの可動ストッパ46の位置を「第1の位置」とする。
Therefore, as shown in FIGS. 3A and 2E, the lift amount of the
また同様に、ニードル10をノズルボディの先端側に付勢する力が、基端側に付製する力を上回っている。言い換えれば、閉弁方向の力が開弁方向の力を上回っている。このため、図2(f)に示すように、ニードル10のリフト量もゼロとなる。すなわち、ニードル10のシート部10aが燃料溜り室30の内壁に着座している。言い換えれば、燃料噴射弁100は閉弁している。このとき、図3(a)に示すように、ニードル10の基端側の面11と、可動ストッパ46に設けられた係止部46aの下面との間の距離D1である。また、可動ストッパ46の基端側の面47とノズルボディ8の内壁との間の距離はD2である。
Similarly, the force that urges the
図2(a)及び図2(b)に示すように、時間t1においてピエゾスタック12への電圧の印加を開始すると、図1で説明した機構により制御室圧が低下し、制御室圧に起因する力も低下する。図2(f)に示すように、時間t2において、ニードル10はリフトを開始し、燃料噴射弁100が開弁する。つまり、制御室圧が、燃料噴射弁100が開弁し始める圧力である開弁圧に達する。
As shown in FIGS. 2A and 2B, when application of voltage to the
図3(b)及び図2(f)に示すように、時間t3において、ニードル10はノズルボディ8の基端側に距離D1だけリフトし、可動ストッパ46に接触する。より詳細には、基端側の面11が可動ストッパ46の係止部46aに接触する。言い換えれば、可動ストッパ46はニードル10のリフトを第1の位置において規制する。時間t3後も制御室圧は低下し続けるが、可動ストッパ46に加わるストッパ作用力は負であるため、可動ストッパ46はリフトせず、ニードル10は可動ストッパ46により規制される。
As shown in FIGS. 3B and 2F, at time t <b> 3, the
図2(d)に示すように、時間t4において、ストッパ作用力はゼロ、すなわち可動ストッパ46をノズルボディ8の先端側に付勢する力と、基端側に付勢する力とが均衡する。このとき、図2(e)に示すように、可動ストッパ46はリフトを開始する。また、ニードル10と可動ストッパ46とは一体となりリフトする。すなわち、図1に示したピエゾスタック12(アクチュエータ)、バネ28a(第1付勢手段)、バルブ室22及びバルブ42(圧力低減手段)は、可動ストッパ46を移動させる移動手段として機能する。
As shown in FIG. 2D, at time t4, the stopper acting force is zero, that is, the force that urges the
図4及び図2(e)に示すように、時間t5において可動ストッパ46はニードル10とともに基端側に距離D2だけリフトし、ノズルボディ8の内壁に接触する。より具体的には、可動ストッパ46の基端側の面47が制御室26の内壁に着座する。このときの可動ストッパ46の位置を「第2の位置」とする。このとき、ニードル10は図3(a)の状態からD1+D2だけ、リフトしている。つまり、可動ストッパ46は、第1の位置よりノズルボディ8の基端側の位置である第2の位置において、ニードル10のリフトを規制する。このように、可動ストッパ46は、移動手段の動作に応じて、第1の位置と第2の位置との間で摺動する。言い換えれば、可動ストッパ46は、ピエゾスタック12の動作に応じて、第1の位置と第2の位置との間で摺動する。
As shown in FIG. 4 and FIG. 2 (e), at time t 5, the
図2(a)及び図2(b)に示すように、時間t6において、ピエゾスタック12への電圧の印加を停止すると、制御室圧は上昇し始め、制御室圧に起因する力も上昇を開始する。言い換えれば、図2(d)に示すように、ノズルボディ8の基端側の方向を正としたストッパ作用力が低下し始める。
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), when the application of voltage to the
図2(d)に示すように、時間t7において、ストッパ作用力はゼロとなる。このとき、図2(e)及び図2(f)に示すように、ニードル10と可動ストッパ46とは一体となり、ノズルボディ8の先端側へ移動する。
As shown in FIG. 2D, the stopper acting force becomes zero at time t7. At this time, as shown in FIGS. 2 (e) and 2 (f), the
図2(e)及び図2(f)に示すように、時間t8において、ニードル10及び可動ストッパ46は第1の位置まで戻る。すなわち、可動ストッパ46の突出部46bがノズルボディ8の内壁に着座し、図3(b)の状態となる。さらに時間t9において、ニードル10は可動ストッパ46と分離して、ノズルボディ8の先端側へ移動し続ける。
As shown in FIGS. 2E and 2F, the
時間t10において、ニードル10のリフト量はゼロとなる。すなわち、図3(a)の状態となり、シート部10aが燃料溜り室30の内壁に着座し、燃料噴射弁100は閉弁する。
At time t10, the lift amount of the
次に、レール圧が所定の圧力より低い場合について説明する。図5(a)から図5(f)は、燃料噴射弁100の動作を例示するタイムチャートである。図5(a)から図5(f)の縦軸及び横軸は、図2(a)から図2(f)の縦軸及び横軸と同じパラメータを表す。また、図6は燃料噴射弁100の動作を例示する断面図である。
Next, a case where the rail pressure is lower than a predetermined pressure will be described. FIG. 5A to FIG. 5F are time charts illustrating the operation of the
図5(d)に示すように、時間に関らず、ストッパ作用力は常に正である。すなわち、図5(c)に示すバネ力が、図5(b)に示す制御室圧に起因する力よりも大きい。言い換えれば、可動ストッパ46を基端側に付勢する力が、先端側に付勢する力を上回っている。
As shown in FIG. 5D, the stopper acting force is always positive regardless of the time. That is, the spring force shown in FIG. 5C is larger than the force caused by the control chamber pressure shown in FIG. In other words, the force that urges the
図6及び図5(e)に示すように、時間に関らず、可動ストッパ46はD2だけリフトした、第2の位置にある。すなわち、ニードル10の面11と可動ストッパ46の係止部46aとの距離はD1+D2となる。
As shown in FIGS. 6 and 5 (e), regardless of the time, the
図5(a)、図5(b)及び図5(d)に示すように、時間t11においてピエゾスタック12への電圧の印加を開始すると、制御室圧に起因する力が低下し、ストッパ作用力が上昇する。
As shown in FIGS. 5 (a), 5 (b), and 5 (d), when voltage application to the
図5(f)に示すように、時間t12においてニードル10はリフトを開始する。つまり制御室圧が開弁圧に達し、燃料噴射弁100が開弁する。可動ストッパ46はリフトし、第2の位置にある。従って、図3(b)に示したように第1の位置で規制されることなく、ニードル10はリフトする。
As shown in FIG. 5F, the
時間t13において、ニードル10はD1+D2の距離をリフトし、可動ストッパ46に接触する。言い換えれば、可動ストッパ46はニードル10を第2の位置において規制する。
At time t13, the
図5(a)、図5(b)及び図5(d)に示すように、時間t14において、ピエゾスタック12への電圧の印加を停止すると、制御室圧は上昇し始め、ストッパ作用力も低下を始める。
As shown in FIGS. 5 (a), 5 (b), and 5 (d), when the voltage application to the
図5(f)に示すように、時間t15において、ニードル10は基端側に移動し始める。時間t16において、ニードル10のリフト量はゼロとなる。つまり、シート部10aが燃料溜り室30の内壁に着座し、燃料噴射弁100は閉弁する。
As shown in FIG. 5F, at time t15, the
実施例1によれば、レール圧が所定の圧力より高い場合、可動ストッパ46は、第1の位置においてニードル10のリフトを規制する。また、レール圧が所定の圧力より低い場合、可動ストッパ46は、ニードル10のリフトを第1の位置より基端側の位置である第2の位置において規制し、第1の位置においては規制しない。規制位置による、噴霧のペネトレーションの変化について説明する。図7はペネトレーションを例示する図である。縦軸はペネトレーション、横軸は時間を各々表す。また、実線はニードル10のリフトが第1の位置において規制されている場合、点線は第2の位置において規制されている場合を表す。
According to the first embodiment, when the rail pressure is higher than a predetermined pressure, the
図7に示すように、時間とともにペネトレーションは増大する。また、ニードル10のリフトが第1の位置において規制されている場合、第2の位置において規制されている場合よりも、ペネトレーションが低下する。この原因について、図3(b)及び図6を参照して説明する。
As shown in FIG. 7, the penetration increases with time. Further, when the lift of the
図6のようにニードル10のリフトが第2の位置において規制されている場合、燃料噴射弁100が噴射する燃料の噴射率は、可動ストッパ46が設けられていない場合と同等の噴射率となる。これに対し、図3(b)のようにニードル10のリフトが第1の位置において規制されている場合、ニードル10とノズルボディ8の内壁との間の距離が、ニードル10のリフトが第2の位置において規制されている場合よりも小さくなる。これにより燃料が噴孔6へ供給されにくくなる。従って、ニードル10のリフトが第1の位置において規制されている場合の燃料噴射弁100の噴射率は、ニードル10のリフトが第2の位置において規制されている場合の噴射率よりも低くなる。このため、図7に示すように、ニードル10のリフトが第1の位置において規制されている場合のペネトレーションは、ニードル10のリフトが第2の位置において規制されている場合のペネトレーションよりも低くなる。
When the lift of the
実施例1によれば、高レール圧の状態では、可動ストッパ46が第1の位置においてニードル10のリフトを規制することで、燃料噴射弁100の噴射率を低くすることができる。このことにより、燃料噴射量を減少させることなく、噴霧のペネトレーションを抑制することが可能となる。言い換えれば、燃料噴射量を増加させても、ペネトレーションの増大を抑制できる。
According to the first embodiment, when the rail pressure is high, the
その一方で、低レール圧の状態では、可動ストッパ46がニードル10のリフトを第1の位置では規制せず、第2の位置において規制する。このため、可動ストッパ46が設けられていない場合と同等の噴射率を得ることができる。
On the other hand, in the state of low rail pressure, the
図1に示すように、ニードル10と可動ストッパ46とには、ともに制御室26内の燃料から圧力が加わり、かつピエゾスタック12の動作に応じて作動する圧力低減手段により、制御室圧が低減する。つまり、ピエゾスタックの動作による圧力の変動が、ニードルと可動ストッパとで同じ経路により伝達される。このため、実施例1によれば、ニードルと可動ストッパとで、圧力の変動が異なる経路により伝達される特許文献1の技術より、燃料噴射弁の構成が簡単となる。
As shown in FIG. 1, both the
バネ28aを、レール圧が高い場合、可動ストッパ46が第1の位置においてニードル10のリフトを規制し、レール圧が低い場合、第2の位置においてニードル10のリフトを規制するように調節することができる。これにより、従来の技術よりも簡単な構成で、ニードルのリフトを規制することができる。
The
実施例1に係る燃料噴射弁100が効果を発揮する例として、ポスト噴射について説明する。燃料の燃焼による排出ガスを通すフィルターを昇温させる触媒に燃料を供給するため、ポスト噴射が行われることがある。燃料噴射量が増加すると、効率的に触媒の昇温が可能となり、ポスト噴射の効果をより向上させることができる。しかし、従来は、燃料噴射量を増加させると、ペネトレーションも増大し、ボアフラッシング等の問題が生じていた。特に高レール圧では、ペネトレーションも増大しやすい。実施例1によれば、高レール圧の状態において、可動ストッパ46が第1の位置においてニードル10のリフトを規制するため、ペネトレーションの増大を抑制し、かつ燃料噴射量を増加させることができる。このため、ペネトレーションの増大を抑制し、かつポスト噴射をより効果的に行うことができる。
Post injection will be described as an example in which the
バネ28aを調節することにより、可動ストッパ46が第1の位置においてニードル10のリフトを規制するレール圧を、任意の圧力に設定することができる。すなわち「所定の圧力」を、任意の圧力に設定することができる。
By adjusting the
次に実施例2について説明する。図8は実施例2に係る燃料噴射弁200を例示する断面図である。なお、図8は閉弁状態を図示しており、既述した構成と同様の構成については説明を省略する。
Next, Example 2 will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a
図8に示すように、燃料噴射弁200は、ノズルボディ8、ニードル50、ピエゾスタック12、可動ストッパ46及びストッパ48を備えている。ノズルボディ8に設けられた制御室26、及び燃料溜り室30には、バネ26a及びバネ30aが各々設けられている。
As shown in FIG. 8, the
ニードル50はノズルボディ8内に摺動自在に配置されている。ニードル50には、基端側から順に、第1円柱部50b、第2円柱部50c、第3円柱部50d、及び鍔部50eが形成されている。第1円柱部50b、第2円柱部50c、第3円柱部50dの順に、円柱部の径は大きくなる。第1円柱部50bは制御室26に配置されている。
The
ニードル50の先端部はテーパ状となっているため、燃料溜り室30内の燃料から、ニードル50をノズルボディ8の基端側に付勢する圧力を受ける。ニードル50の基端側の面51は、制御室26内の燃料からニードル50をノズルボディ8の先端側に付勢する圧力を受ける。鍔部50eの基端側の面52は燃料溜り室30に設けられたバネ30aから、ニードル50をノズルボディ8の先端側に付勢する力を受ける。つまり、ニードル50は、制御室26内の燃料及びバネ30aから閉弁方向の力を受け、燃料溜り室30内の燃料から開弁方向の力を受ける。
Since the distal end portion of the
図8の状態では、閉弁方向の力(制御室26内の圧力に起因する力、及びバネ30aから加わる力)が開弁方向の力(燃料溜り室30内の圧力に起因する力)を上回っているため、ニードル50先端部のシート部50aはノズルボディ8の内壁に着座している。このため、噴孔6への燃料の供給が遮断される。すなわち、燃料噴射弁200は閉弁している。
In the state of FIG. 8, the force in the valve closing direction (the force due to the pressure in the
可動ストッパ46及びストッパ48は、ノズルボディ8内の燃料溜り室30に配置されている。可動ストッパ46はニードル50及びストッパ48に対して摺動自在である。すなわち、可動ストッパ46は、ニードル50の摺動方向に摺動自在に配置されている。可動ストッパ46には係止部46aが、ニードル50の第2円柱部50cよりもノズルボディ8の基端側に位置するように設けられている。また、ストッパ48には、可動ストッパ46よりも、ノズルボディ8の先端側に位置するように係止部48aが設けられている。可動ストッパ46は、制御室26内の燃料から、可動ストッパ46をノズルボディ8の先端側に付勢する圧力を受ける。また、可動ストッパ46は、燃料溜り室30内の燃料から、可動ストッパ46をノズルボディ8の基端側に付勢する力を受ける。さらに、可動ストッパ46は、制御室26内に設けられたバネ26aから、可動ストッパ46をノズルボディ8の先端側に付勢する力を受ける。すなわち、バネ26aは、可動ストッパ46をノズルボディ8の先端側に付勢する第2付勢手段として機能する。
The
燃料噴射弁200の動作の原理については、既述した燃料噴射弁100と同様なので、説明を省略する。
Since the principle of operation of the
次に、高圧燃料通路34内の燃料の圧力(レール圧)が所定の圧力より高い場合、及び低い場合、それぞれの場合における燃料噴射弁200の動作について説明する。
Next, the operation of the
まず、レール圧力が所定の圧力より低い場合について説明する。図9(a)から図9(g)は、燃料噴射弁200の動作を例示するタイムチャートである。縦軸は図9(a)から図9(g)の順に、ピエゾスタック12に印加される電圧、制御室圧に起因する力、バネ26aの力(バネ力)、レール圧に起因する力、可動ストッパ46に加わる力(ストッパ作用力)、可動ストッパ46のリフト量、及びニードル50のリフト量を表す。図9(c)及び図9(d)に示すように、レール圧に起因する力はバネ力よりも大きい。
First, a case where the rail pressure is lower than a predetermined pressure will be described. FIGS. 9A to 9G are time charts illustrating the operation of the
また、図10(a)から図11は燃料噴射弁200の動作を例示する断面図である。図10(a)は図9中の時間0からT2、図10(b)は時間T3からT4、図11は時間T4からT5の各々の状態における燃料噴射弁200を例示する断面図である。
FIGS. 10A to 11 are cross-sectional views illustrating the operation of the
図10(a)及び図9(e)に示すように、ピエゾスタック12への電圧印加前は、制御室圧に起因する力とバネ26aによる力(バネ力)との合力は、燃料溜り室30内の燃料の圧力(燃料溜り室圧)に起因する力より大きい。つまり、可動ストッパ46をノズルボディ8の先端側に付勢する力が、基端側に付勢する力を上回っている。このとき、図9(f)に示すように、可動ストッパ46のリフト量はゼロとなる。すなわち、可動ストッパ46がストッパ48の係止部48aに着座している。実施例2では、このときの可動ストッパ46の位置を「第1の位置」とする。言い換えれば、ストッパ48は、第1の位置において可動ストッパ46を規制する。
As shown in FIGS. 10A and 9E, before the voltage is applied to the
また同様に、ニードル50をノズルボディ8の先端側に付勢する力が、基端側に付製する力を上回っている。このため、図10(g)に示すように、ニードル50のリフト量もゼロとなる。すなわち、ニードル50のシート部50aが燃料溜り室30の内壁に着座している。言い換えれば、燃料噴射弁200は閉弁している。このとき、図10(a)に示すように、第2円柱部50cの基端側の面53と、可動ストッパ46に設けられた係止部46aの下面との間の距離はD1である。また、可動ストッパ46の基端側の面47とノズルボディ8の内壁との間の距離はD2である。
Similarly, the force that urges the
図9(a)及び図9(b)に示すように、時間T1においてピエゾスタック12への電圧の印加を開始すると、制御室圧が低下し、制御室圧に起因する力も低下する。図9(g)に示すように、時間T2においてニードル50はリフトを開始し、燃料噴射弁200は開弁する。つまり、制御室圧が開弁圧に達する。
As shown in FIGS. 9A and 9B, when application of a voltage to the
図10(b)及び図9(g)に示すように、時間T3において、ニードル50は、ノズルボディ8の基端側に距離D1だけリフトし、可動ストッパ46に接触する。より詳細には、第2円柱部50cの基端側の面53が、可動ストッパ46の係止部46aに接触する。言い換えれば、可動ストッパ46はニードル50のリフトを第1の位置において規制する。時間T2後も制御室圧は低下し続けるが、可動ストッパ46に加わるストッパ作用力は負であるため、可動ストッパ46はリフトせず、ニードル50のリフトは可動ストッパ46により規制される。
As shown in FIGS. 10B and 9G, at time T <b> 3, the
図9(e)に示すように、時間T4において、ストッパ作用力はゼロとなる。つまり、図9(f)に示すように、可動ストッパ46はリフトを開始する。このとき、ニードル50と可動ストッパ46とは一体となりリフトする。すなわち、図8に示したピエゾスタック12(アクチュエータ)、バネ26a(第2付勢手段)、バルブ室22及びバルブ42(圧力低減手段)は、可動ストッパ46を移動させる移動手段として機能する。
As shown in FIG. 9E, the stopper acting force becomes zero at time T4. That is, as shown in FIG. 9F, the
図11及び図9(f)に示すように、時間T5において、可動ストッパ46はニードル50とともに基端側に距離D2だけリフトし、ノズルボディ8の内壁に接触する。つまり、可動ストッパ46の基端側の面47が制御室26の内壁に着座する。つまり、可動ストッパ46は、第1の位置よりノズルボディ8の基端側の位置である第2の位置において、ニードル10のリフトを規制する。このように、可動ストッパ46は、移動手段の動作に応じて、第1の位置と第2の位置との間で摺動する。言い換えれば、可動ストッパ46は、ピエゾスタック12の動作に応じて、第1の位置と第2の位置との間で摺動する。
As shown in FIGS. 11 and 9F, at time T <b> 5, the
図9(a)及び図9(b)に示すように、時間T6において、ピエゾスタック12への電圧の印加を停止すると、制御室圧は上昇し始め、制御室圧に起因する力も上昇を開始する。このとき、図9(e)に示すように、基端側の方向を正としたストッパ作用力が低下し始める。
As shown in FIGS. 9A and 9B, when the application of the voltage to the
図9(e)に示すように、時間T7においてストッパ作用力はゼロとなる。このとき、ニードル50と可動ストッパ46とは一体となり、ノズルボディ8の先端側へ移動する。
As shown in FIG. 9E, the stopper acting force becomes zero at time T7. At this time, the
図9(f)及び図9(g)に示すように、時間T8において、ニードル50及び可動ストッパ46は第1の位置まで戻る。つまり、図10(b)の状態となる。さらに制御室圧に起因する力は上昇し、時間T9において、可動ストッパ46はストッパ48の係止部48aに着座する。ニードル50は可動ストッパ46と分離して、ノズルボディ8の先端側へ移動し続ける。
As shown in FIGS. 9F and 9G, the
時間T10において、ニードル50のリフト量はゼロとなる。すなわち、図10(a)の状態となり、ニードル50のリフト量はゼロとなる。つまり、シート部50aが燃料溜り室30の内壁に着座し、燃料噴射弁200は閉弁する。
At time T10, the lift amount of the
次に、レール圧が所定の圧力より高い場合について説明する。図12(a)から図12(f)は、燃料噴射弁200の動作を例示するタイムチャートである。図12(a)から図12(f)の縦軸及び横軸は、図9(a)から図9(f)の縦軸及び横軸と同じパラメータを表す。また、図13は燃料噴射弁200の動作を例示する断面図である。
Next, a case where the rail pressure is higher than a predetermined pressure will be described. FIGS. 12A to 12F are time charts illustrating the operation of the
図12(e)に示すように、ストッパ作用力は負である。すなわち可動ストッパ46を先端側に付勢する力が、可動ストッパ46を基端側に付勢する力を上回っているため、図12(f)に示すように、可動ストッパ46のリフト量はゼロとなる。つまり、可動ストッパ46は、ストッパ48の係止部48aに接触する第1の位置にある。これは、図10(a)に示したものと同じ状態である。
As shown in FIG. 12 (e), the stopper acting force is negative. That is, since the force that urges the
図12(a)及び図12(b)に示すように、時間T11においてピエゾスタック12への電圧の印加を開始すると、制御室圧に起因する力が低下し始める。
As shown in FIGS. 12A and 12B, when the application of voltage to the
図12(e)に示すように、時間T12において、ストッパ作用力は正となる。このため、図12(f)に示すように、時間T12において可動ストッパ46がリフトし始める。このとき、図12(g)に示すように、ニードル50はリフトしていない。すなわち、レール圧が所定の圧力より高い場合、可動ストッパ46はニードル50よりも先にリフトを開始する。レール圧が高い場合、可動ストッパ46をノズルボディ8の先端側に付勢する燃料溜り室圧も高くなる。このため、制御室圧がわずかに低下しただけで、可動ストッパ46を基端側に付勢する力が先端側に付勢する力を上回ることによる。
As shown in FIG. 12E, the stopper acting force becomes positive at time T12. For this reason, as shown in FIG.12 (f), the
図12(g)に示すように、時間T13において、ニードル50もリフトを開始する。
As shown in FIG. 12G, the
図13及び図12(f)に示すように、時間T14において、可動ストッパ46は、距離D1+D2だけリフトし、第2で停止する。すなわち、可動ストッパ46の基端側の面47が制御室26の内壁に着座する。このように、可動ストッパ46はニードル50より先に第2の位置までリフトする。
As shown in FIGS. 13 and 12F, at time T14, the
図12(g)に示すように、時間T15において、ニードル50はD1+D2だけリフトし、可動ストッパ46に接触する。つまり、第2円柱部50cの基端側の面53が、可動ストッパ46の係止部46aに接触する。言い換えれば、可動ストッパ46は第2の位置においてニードル50のリフトを規制する。
As shown in FIG. 12G, at time T15, the
図12(a)及び図12(b)に示すように、時間T16においてピエゾスタック12への電圧印加を停止すると、制御室圧は上昇し始める。すなわち、図12(e)に示すように、ストッパ作用力は低下し始める。
As shown in FIGS. 12A and 12B, when the voltage application to the
図12(f)及び図12(g)に示すように、時間T17において、ニードル50は可動ストッパ46と分離して、ノズルボディ8の先端側に移動し始める。図12(g)に示すように、時間T18において、ニードル50のリフト量はゼロとなる。つまり、燃料噴射弁200は閉弁する。
As shown in FIGS. 12 (f) and 12 (g), at time T <b> 17, the
図12(e)に示すように、時間T19において、ストッパ作用力は負になる。このため、図12(f)に示すように、可動ストッパ46はノズルボディ8の先端側に移動し始める。
As shown in FIG. 12E, the stopper acting force becomes negative at time T19. For this reason, as shown in FIG. 12 (f), the
図12(f)に示すように、時間T20において、可動ストッパ46にリフト量はゼロとなる。つまり、可動ストッパ46がストッパ48の係止部48aに着座する。
As shown in FIG. 12F, the lift amount of the
実施例2によれば、レール圧が所定の圧力より低い場合、可動ストッパ46は、ニードル50のリフトを第1の位置において規制する。また、レール圧が所定の圧力より高い場合、可動ストッパ46は、ニードル50のリフトを第1の位置より基端側の位置である第2の位置において規制し、第1の位置においては規制しない。
According to the second embodiment, when the rail pressure is lower than the predetermined pressure, the
このため、実施例2によれば、低レール圧の状態では、可動ストッパ46が第1の位置においてニードル50のリフトを規制することで、燃料噴射弁200の噴射率を低くすることができる。このため、実施例1と同様に、燃料噴射量を減少させることなく、噴霧のペネトレーションを抑制することが可能となる(図7参照)。
For this reason, according to the second embodiment, the injection rate of the
その一方で、高レール圧の状態では、可動ストッパ46がニードル50のリフトを第1の位置では規制せず、第2の位置において規制する。このため、可動ストッパ46が設けられていない場合と同様の噴射率を得ることができる。
On the other hand, in the state of high rail pressure, the
図8に示すように、ニードル50と可動ストッパ46とには、ともに制御室26内の燃料、及び燃料溜り室30内の燃料から圧力が加わる。また、ピエゾスタック12の動作に応じて作動する圧力低減手段により、制御室圧が低減する。ここで、バネ26aを、レール圧が低い場合、可動ストッパ46が第1の位置においてニードル50のリフトを規制し、レール圧が高い場合、第2の位置においてニードル50のリフトを規制するように調節することができる。これにより、実施例2によっても実施例1と同様に、従来の技術より簡単な構成で、ニードルのリフトを規制することができる。
As shown in FIG. 8, pressure is applied to both the
実施例2に係る燃料噴射弁200が効果を発揮する例として、小ボアエンジンや冷間軽負荷状態について説明する。小ボアエンジンや高地低水温等の冷間軽負荷の状態では、燃料の壁面付着によるHC(炭化水素)増大や燃焼不安定等の問題が生じることがある。これらは、特に低レール圧時に問題となる。燃料の壁面付着を抑制し、燃焼を安定化するためには、低ペネトレーションが要求される。実施例2によれば、低レール圧において低ペネトレーションが実現できる。従って、小ボアエンジンや高知低水温等の冷間軽負荷の状態においても、燃料の壁面付着によるHC(炭化水素)増大や燃焼不安定等の問題が生じることを抑制できる。
As an example in which the
バネ26aを調節することにより、可動ストッパ46が第1の位置においてニードル50のリフトを規制するレール圧を、任意の圧力に設定することができる。すなわち「所定の圧力」を、任意の圧力に設定することができる。
By adjusting the
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
ECU 2
EDU 4
噴孔 6
ノズルボディ 8
ニードル 10、50
ピエゾスタック 12
バルブ室 22
制御室 26
バネ 26a、28a、28b、30a
燃料溜り室 30
高圧燃料通路 34
リターン通路 36
バルブ 42
可動ストッパ 46
ストッパ 48
燃料噴射弁 100、200
High
Claims (1)
前記先端部に燃料を供給する燃料通路と、
前記ノズルボディ内に摺動自在に配置されたニードルと、
前記ノズルボディ内であって、前記ニードルの摺動方向に摺動自在に配置された、前記ニードルのリフトを規制する可動ストッパと、
前記燃料通路と接続され、前記ニードル及び前記可動ストッパを前記ノズルボディの先端側に付勢する圧力を創出する燃料が導入される制御室と、
前記可動ストッパを移動させる移動手段と、を具備し、
前記移動手段は、前記制御室内に創出された圧力を低減する圧力低減手段と、前記ノズルボディ内に配置され、前記圧力低減手段を作動させるアクチュエータと、前記可動ストッパを前記ノズルボディの基端側に付勢する第1付勢手段と、を含み、
前記可動ストッパは、前記アクチュエータの動作に応じ、第1の位置と前記第1の位置より前記ノズルボディの基端側の位置である第2の位置との間で摺動し、
前記第1付勢手段は、前記燃料通路内の燃料の圧力が所定の圧力より高い場合、前記可動ストッパが前記第1の位置において前記ニードルのリフトを規制し、
前記燃料の圧力が所定の圧力より低い場合、前記可動ストッパが前記第2の位置において前記ニードルのリフトを規制するように、前記可動ストッパを付勢することを特徴とする燃料噴射弁。 A nozzle body with a nozzle hole at the tip,
A fuel passage for supplying fuel to the tip;
A needle slidably disposed in the nozzle body;
A movable stopper for regulating the lift of the needle, which is disposed in the nozzle body and is slidable in the sliding direction of the needle;
A control chamber that is connected to the fuel passage and into which fuel is created to create a pressure that urges the needle and the movable stopper toward the tip of the nozzle body;
A moving means for moving the movable stopper,
The moving means includes a pressure reducing means for reducing a pressure created in the control chamber, an actuator disposed in the nozzle body and operating the pressure reducing means, and the movable stopper on the proximal end side of the nozzle body. First urging means for urging to,
The movable stopper slides between a first position and a second position which is a position on the base end side of the nozzle body from the first position , according to the operation of the actuator ,
The first urging means, when the pressure of the fuel in the fuel passage is higher than a predetermined pressure, the movable stopper regulates the lift of the needle at the first position,
The fuel injection valve characterized in that, when the pressure of the fuel is lower than a predetermined pressure, the movable stopper biases the movable stopper so that the movable stopper regulates the lift of the needle at the second position .
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