JP7298184B2 - injector - Google Patents

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    • F02M67/14Apparatus in which fuel-injection is effected by means of high-pressure gas, the gas carrying the fuel into working cylinders of the engine, e.g. air-injection type characterised by provisions for injecting different fuels, e.g. main fuel and readily self-igniting starting fuel

Description

本開示は、インジェクタに関する。 The present disclosure relates to injectors.

特許文献1には、サブ弁体とメイン弁体の2つの弁体を有する燃料噴射弁が開示されている。この燃料噴射弁は、電磁力により小さな開口を有するサブ弁体を駆動して開弁し、サブ弁体を開くことでメイン弁体の圧力差を開放し、メイン弁体を容易に移動させて開弁させている。 Patent Literature 1 discloses a fuel injection valve having two valve bodies, a sub-valve body and a main valve body. In this fuel injection valve, a sub-valve having a small opening is driven by an electromagnetic force to open the valve. By opening the sub-valve, the pressure difference in the main valve is released, and the main valve can be easily moved. I am opening the valve.

特開2015-45239号公報JP 2015-45239 A

しかし、燃料が液体ではなく、気体の場合には、気体は圧縮性流体であるため、弁体前後の圧力差を利用して弁体の開閉力をコントロールすることが難しい、という問題があった。そのため、サブ弁体とメイン弁体の2つの弁体を有する燃料噴射弁であって、燃料が気体である場合にも利用できる燃料噴射弁が求められている。 However, if the fuel is not a liquid but a gas, the gas is a compressible fluid, so there is a problem that it is difficult to control the opening and closing force of the valve by using the pressure difference across the valve. . Therefore, there is a demand for a fuel injection valve that has two valve bodies, a sub-valve body and a main valve body, and that can be used even when the fuel is gas.

本開示の一形態によれば、インジェクタ(100)が提供される。このインジェクタは、第1噴口(10h)を有するハウジング(10)と、前記ハウジングの前記第1噴口と反対側に設けられた筐体(90)と、前記ハウジングおよび前記筐体に収納され、前記ハウジングおよび前記筐体内を摺動するとともに前記第1噴口を開閉するニードルアッセンブリ(20、30、40、50)と、前記筐体の外側に配置され、前記ニードルアッセンブリを駆動して移動させる電気アクチュエータ(60)と、前記筐体に収納され、前記ニードルアッセンブリの移動を規制する固定コア(70)と、を備え、前記ニードルアッセンブリは、前記第1噴口の開閉を行うアウターニードル(20)と、第2噴口(20h)を開閉するインナーニードル(30)であって、前記アウターニードルの内部に収納され前記アウターニードル内を摺動するインナーニードルと、前記インナーニードルの前記第2噴口と反対側に設けられたストッパ(50)と、前記電気アクチュエータによって駆動される可動コアであって、前記ストッパと共に前記インナーニードルを移動させる可動コア(40)と、を有し、前記アウターニードルは、前記第2噴口を有する第1アウターニードル部(20a)と、前記第2噴口と反対側の第2アウターニードル部(20b)と、前記第2アウターニードル部の内側上端部に配置された当接部であって前記インナーニードルが前記第2噴口の開弁方向に移動したときに、前記インナーニードルと当接する当接部(22)と、を有し、前記当接部は、前記インナーニードルのうち、外径が小さくされた部分が通過する開口を備え、前記インナーニードルと前記第1アウターニードル部と前記当接部を構成する材料は、前記第2アウターニードル部を構成する材料よりもビッカース硬度が大きく、前記可動コアは、前記電気アクチュエータの駆動により前記インナーニードルを移動させて前記第2噴口を開弁させ、前記インナーニードルが前記当接部に当接した後は、前記アウターニードルを移動させて前記第1噴口を開弁させる。この形態によれば、燃料が、液体燃料であっても、気体燃料であっても、1つの可動コアでインナーニードルとアウターニードルの2つのニードルの開閉を制御できる。 According to one aspect of the present disclosure, an injector (100) is provided. This injector is housed in a housing (10) having a first injection port (10h), a housing (90) provided on the opposite side of the housing from the first injection port, the housing and the housing, and A needle assembly (20, 30, 40, 50) that slides within the housing and the casing and opens and closes the first injection port, and an electric actuator that is arranged outside the casing and drives and moves the needle assembly. (60), and a fixed core (70) that is housed in the housing and restricts the movement of the needle assembly, wherein the needle assembly comprises an outer needle (20) that opens and closes the first injection port; An inner needle (30) for opening and closing a second injection port (20h), comprising: an inner needle housed inside the outer needle and sliding in the outer needle; and a movable core (40) driven by the electric actuator, the movable core (40) moving the inner needle together with the stopper. A first outer needle portion (20a) having an injection port, a second outer needle portion (20b) on the opposite side of the second injection port, and an abutting portion arranged at the inner upper end portion of the second outer needle portion. a contact portion (22) that contacts the inner needle when the inner needle moves in the valve opening direction of the second injection port, and the contact portion is the outer portion of the inner needle. The material forming the inner needle, the first outer needle portion, and the contact portion has a larger Vickers hardness than the material forming the second outer needle portion. The movable core moves the inner needle to open the second injection port by driving the electric actuator, and moves the outer needle after the inner needle contacts the contact portion. The first injection port is opened. According to this aspect, the opening and closing of the two needles, the inner needle and the outer needle, can be controlled by one movable core regardless of whether the fuel is liquid fuel or gaseous fuel.

第1実施形態のインジェクタの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an injector of a first embodiment; FIG. 電気アクチュエータを駆動してインナーニードルを開弁させ、インナーニードルが当接部に接触したときの状態を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory view showing a state when the electric actuator is driven to open the inner needle and the inner needle comes into contact with the contact portion; アウターニードルを開弁させ、可動コアが固定コアに接触したときの状態を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory view showing a state when the outer needle is opened and the movable core comes into contact with the fixed core; 可動コアが固定コアに接触した後、インナーニードルとアウターニードルが下がった状態を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state in which the inner needle and the outer needle are lowered after the movable core contacts the fixed core; 電気アクチュエータの駆動を停止して、インナーニードルが閉弁した状態を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory view showing a state in which the driving of the electric actuator is stopped and the inner needle is closed; 電気アクチュエータの駆動を停止して、さらに、アウターニードルが閉弁した状態を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory view showing a state in which driving of the electric actuator is stopped and the outer needle is closed; 電気アクチュエータの駆動電圧と、インナーニードル、アウターニードルの開閉状態を示すタイムチャートである。4 is a time chart showing the drive voltage of the electric actuator and the open/closed states of the inner needle and the outer needle; 可動コアをアウターニードル方向に移動させた状態を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state in which the movable core is moved in the direction of the outer needle; インナーニードルへのストッパの溶接の方法を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a method of welding a stopper to an inner needle; ストッパ溶接後のニードルアッセンブリを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing the needle assembly after stopper welding; 第2実施形態のインジェクタの概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an injector of a second embodiment; 第2実施形態のインジェクタの噴口の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the injection port of the injector of the second embodiment;

・第1実施形態:
図1に示すように、インジェクタ100は、ハウジング10と、アウターニードル20と、インナーニードル30と、可動コア40と、ストッパ50と、電気アクチュエータ60と、固定コア70と、バネ80a、80bと、筐体90と、を備える。アウターニードル20と、インナーニードル30と、可動コア40と、ストッパ50とを合わせて、「ニードルアッセンブリ」と呼ぶ。
・First embodiment:
As shown in FIG. 1, the injector 100 includes a housing 10, an outer needle 20, an inner needle 30, a movable core 40, a stopper 50, an electric actuator 60, a fixed core 70, springs 80a and 80b, A housing 90 is provided. A combination of the outer needle 20, the inner needle 30, the movable core 40, and the stopper 50 is called a "needle assembly".

ハウジング10は、一方の端部に第1噴口10hを有する筒状の部材である。ハウジング10は、例えば、マルテンサイト系の非磁性ステンレス鋼で形成されている。ハウジング10の第1噴口10hと反対側には、筐体90が設けられている。筐体90は、略円筒形の第1磁性部90aと、第2磁性部90cと、非磁性部90bとを備える。第1磁性部90aと、第2磁性部90cとは、フェライト系の磁性体ステンレス鋼で形成された略円筒形の部材である。非磁性部90bは、第1磁性部90aと、第2磁性部90cとの間に設けられた略円筒形の部材であり、オーステナイト系の非磁性体ステンレス鋼で形成されている。ハウジング10と筐体90の内部には、ニードルアッセンブリと、固定コア70と、バネ80a、80bと、とが収納されている。 The housing 10 is a tubular member having a first nozzle hole 10h at one end. The housing 10 is made of, for example, martensitic non-magnetic stainless steel. A housing 90 is provided on the opposite side of the housing 10 to the first injection port 10h. The housing 90 includes a substantially cylindrical first magnetic portion 90a, a second magnetic portion 90c, and a non-magnetic portion 90b. The first magnetic portion 90a and the second magnetic portion 90c are substantially cylindrical members made of ferritic magnetic stainless steel. The non-magnetic portion 90b is a substantially cylindrical member provided between the first magnetic portion 90a and the second magnetic portion 90c, and is made of austenitic non-magnetic stainless steel. A needle assembly, a fixed core 70, and springs 80a and 80b are housed inside the housing 10 and the housing 90. As shown in FIG.

アウターニードル20は、第2噴口20hを有する中空の筒状の部材である。アウターニードル20は、第1アウターニードル部20aと、第2アウターニードル部20bと、当接部22とを備える。第1アウターニードル部20aは、第1噴口10hに連通する第2噴口20hを有しており、弁座としての機能を有するとともに、第1噴口10hを開閉する弁体として機能する。そのため、第1アウターニードル部20aは、摩耗し難いように、マルテンサイト系の非磁性ステンレス鋼で形成されている。第1アウターニードル部20aのビッカース硬度は、例えば、600である。第2アウターニードル部20bは、フェライト系の磁性体ステンレス鋼で形成されている。第2アウターニードル部20bのビッカース硬度は、例えば、170である。第2アウターニードル部20bの側面には、開口20cが形成されている。この開口20cは、アウターニードル20の内部と外部とを連通する。第1アウターニードル部20aと、第2アウターニードル部20bとは溶接されており、その内部は、中空である。第1アウターニードル部20aと第2アウターニードル部20bの内部の第1アウターニードル部20aと反対側の端部には、当接部22が設けられている。当接部22は、マルテンサイト系の非磁性ステンレス鋼で形成されている。当接部22のビッカース硬度は、例えば、600である。 The outer needle 20 is a hollow cylindrical member having a second injection port 20h. The outer needle 20 includes a first outer needle portion 20a, a second outer needle portion 20b, and a contact portion 22. As shown in FIG. The first outer needle portion 20a has a second injection port 20h that communicates with the first injection port 10h, functions as a valve seat, and functions as a valve body that opens and closes the first injection port 10h. Therefore, the first outer needle portion 20a is made of martensitic non-magnetic stainless steel so as to be resistant to wear. The Vickers hardness of the first outer needle portion 20a is 600, for example. The second outer needle portion 20b is made of ferritic magnetic stainless steel. The Vickers hardness of the second outer needle portion 20b is 170, for example. An opening 20c is formed in the side surface of the second outer needle portion 20b. This opening 20c communicates the inside and the outside of the outer needle 20 with each other. The first outer needle portion 20a and the second outer needle portion 20b are welded together, and the inside thereof is hollow. A contact portion 22 is provided at the end portion of the inside of the first outer needle portion 20a and the second outer needle portion 20b on the side opposite to the first outer needle portion 20a. The contact portion 22 is made of martensitic non-magnetic stainless steel. The Vickers hardness of the contact portion 22 is 600, for example.

インナーニードル30は、アウターニードル20の第2噴口20h側から、第1インナーニードル部30aと、第2インナーニードル部30bと、第3インナーニードル部30cを備える。このうち、第1インナーニードル部30aと、第2インナーニードル部30bは、アウターニードル20の内部に収納されており、アウターニードル20の内部において摺動する。第3インナーニードル部30cは、アウターニードル20の第2噴口20hと反対側からアウターニードル20の外部に突き出ている。第1インナーニードル部30aは、第2噴口20hを開閉する弁体としての機能を有する。第2インナーニードル部30bは、インナーニードル30が開弁方向に移動したときに、当接部22と接触する当接部30dを有する。当接部30dが摩耗しないように、インナーニードル30は、マルテンサイト系の非磁性ステンレス鋼で形成されている。インナーニードル30のビッカース硬度は、例えば、600である。第3インナーニードル部30cの第2インナーニードル部30bと反対側には、ストッパ50が、溶接により取り付けられている。なお、ストッパ50の第3インナーニードル部30cへの取り付けは、溶接以外の方法に、ネジ止め、ピン止めにより取り付けられていても良い。 The inner needle 30 includes a first inner needle portion 30a, a second inner needle portion 30b, and a third inner needle portion 30c in this order from the second injection port 20h side of the outer needle 20. As shown in FIG. Among them, the first inner needle portion 30 a and the second inner needle portion 30 b are housed inside the outer needle 20 and slide inside the outer needle 20 . The third inner needle portion 30c protrudes outside the outer needle 20 from the side of the outer needle 20 opposite to the second injection port 20h. The first inner needle portion 30a functions as a valve element that opens and closes the second injection port 20h. The second inner needle portion 30b has a contact portion 30d that contacts the contact portion 22 when the inner needle 30 moves in the valve opening direction. The inner needle 30 is made of martensitic non-magnetic stainless steel so that the contact portion 30d is not worn. The Vickers hardness of the inner needle 30 is 600, for example. A stopper 50 is attached by welding to the side of the third inner needle portion 30c opposite to the second inner needle portion 30b. The stopper 50 may be attached to the third inner needle portion 30c by screwing or pinning by a method other than welding.

アウターニードル20とストッパ50との間には、可動コア40が設けられている。可動コア40は、磁性体可動コア部40aと、第1可動コア部40bと、第2可動コア部40cとを備える。第1可動コア部40bは、ストッパ50の回りに位置し、第1可動コア部40bの外縁側に磁性体可動コア部40aが配置されている。第1可動コア部40bのアウターニードル20側に第2可動コア部40cが配置されている。磁性体可動コア部40aは、フェライト系の磁性体ステンレス鋼で形成されており、ビッカース硬度は、例えば170である。第1可動コア部40bと、第2可動コア部40cは、非磁性ステンレス鋼で形成されており、ビッカース硬度は、例えば600である。 A movable core 40 is provided between the outer needle 20 and the stopper 50 . The movable core 40 includes a magnetic movable core portion 40a, a first movable core portion 40b, and a second movable core portion 40c. The first movable core portion 40b is positioned around the stopper 50, and the magnetic movable core portion 40a is arranged on the outer edge side of the first movable core portion 40b. The second movable core portion 40c is arranged on the outer needle 20 side of the first movable core portion 40b. The magnetic movable core portion 40a is made of ferritic magnetic stainless steel and has a Vickers hardness of 170, for example. The first movable core portion 40b and the second movable core portion 40c are made of non-magnetic stainless steel and have a Vickers hardness of 600, for example.

第2可動コア部40cは、ニードルアッセンブリが開弁方向に移動したときに、固定コア70と当接する当接部40dと、ストッパ50が挿入可能な開口40eを備える。開口40eの底には、当接部42が接触している。当接部42は、第3インナーニードル部30cの回りに設けられている。当接部42は、非磁性ステンレス鋼で形成されており、ビッカース硬度は、例えば600である。 The second movable core portion 40c includes a contact portion 40d that contacts the fixed core 70 when the needle assembly moves in the valve opening direction, and an opening 40e into which the stopper 50 can be inserted. A contact portion 42 is in contact with the bottom of the opening 40e. The contact portion 42 is provided around the third inner needle portion 30c. The contact portion 42 is made of non-magnetic stainless steel and has a Vickers hardness of 600, for example.

第1可動コア部40bは、孔40fと、アウターニードル20が挿入可能な凹部40gとを備える。孔40fは、インナーニードル30を中心軸とした円周に沿って複数形成されている。孔40fは、インナーニードル30の移動方向と平行に形成されており、開口40eとアウターニードル20の外部とを連通し、後述するように、燃料の流路fp4として機能する。 The first movable core portion 40b has a hole 40f and a recess 40g into which the outer needle 20 can be inserted. A plurality of holes 40f are formed along the circumference with the inner needle 30 as the central axis. The hole 40f is formed parallel to the movement direction of the inner needle 30, communicates the opening 40e with the outside of the outer needle 20, and functions as a fuel flow path fp4 as described later.

固定コア70は、筐体90の内部に収納された円筒形の部材であり、ニードルアッセンブリが一定以上開弁方向に移動しないように、移動を規制する位置に設けられている。固定コア70は、磁性体可動コア部40aが当接する第1固定コア部70aと、第1可動コア部40bが当接する第2固定コア部70bとを備える。第1固定コア部70aは、例えば、フェライト系の磁性体ステンレス鋼により形成されている。第1固定コア部70aのビッカース硬度は、例えば170である。第2固定コア部70bは、マルテンサイト系の非磁性体ステンレス鋼により形成されている。第2固定コア部70bのビッカース硬度は、例えば600である。固定コア70をこのような材料で構成することで、可動コア40の互いに当接し合う部材、例えば、磁性体可動コア部40aと第1固定コア部70a、第1可動コア部40bと第2固定コア部70bと、は同じ材料となり、ほぼ同じビッカース硬度を有する。その結果、可動コア40が固定コア70に衝突することによる可動コア40と固定コア70の摩耗を抑制できる。 The fixed core 70 is a cylindrical member housed inside the housing 90, and is provided at a position that restricts movement so that the needle assembly does not move in the valve opening direction beyond a certain amount. The fixed core 70 includes a first fixed core portion 70a with which the magnetic movable core portion 40a abuts, and a second fixed core portion 70b with which the first movable core portion 40b abuts. The first fixed core portion 70a is made of, for example, ferritic magnetic stainless steel. The Vickers hardness of the first fixed core portion 70a is 170, for example. The second fixed core portion 70b is made of martensitic non-magnetic stainless steel. The Vickers hardness of the second fixed core portion 70b is 600, for example. By configuring the fixed core 70 with such a material, the members of the movable core 40 that contact each other, for example, the magnetic movable core portion 40a and the first fixed core portion 70a, and the first movable core portion 40b and the second fixed core portion 40a, can be arranged. The core portion 70b is made of the same material and has substantially the same Vickers hardness. As a result, wear of the movable core 40 and the fixed core 70 due to the collision of the movable core 40 with the fixed core 70 can be suppressed.

電気アクチュエータ60は、例えば、ソレノイドで形成されており、筐体90の回りに配置されている。電気アクチュエータ60の外側には、磁性体ステンレス鋼で形成された磁性体部材11が設けられている。電気アクチュエータ60に通電すると、電気アクチュエータ60の内部及び外部には、図2の矢印で示すような磁束が生じ、磁性体部材11と、第1磁性部90aと、第1固定コア部70aと、を通る磁気回路が形成され、可動コア40を移動させる。電気アクチュエータ60は、さらに、可動コア40の移動を介して、インナーニードル30を移動させ、アウターニードル20も移動させる。この動作の詳細については、後述する。 The electric actuator 60 is formed of, for example, a solenoid and arranged around the housing 90 . A magnetic member 11 made of magnetic stainless steel is provided outside the electric actuator 60 . When the electric actuator 60 is energized, magnetic flux is generated inside and outside the electric actuator 60 as indicated by the arrows in FIG. A magnetic circuit is formed through and causes the movable core 40 to move. Electric actuator 60 also moves inner needle 30 and outer needle 20 via movement of movable core 40 . Details of this operation will be described later.

バネ80aは、ニードルアッセンブリを開弁方向に付勢し、バネ80bは、ニードルアッセンブリを閉弁方向に付勢する。 The spring 80a biases the needle assembly in the valve opening direction, and the spring 80b biases the needle assembly in the valve closing direction.

次に、インジェクタ100における流体の流路fp1~fp6について説明する。インジェクタ100の内部には、以下に説明するように、流路fp1~fp6が形成されている。流路fp1は、固定コア70の円筒の内部の空間により形成されている。流路fp2は、ストッパ50と非磁性部90bとの間の空間により形成されている。流路fp3は、第1可動コア部40bの開口40eにより形成されている。流路fp4は、第1可動コア部40bの孔40fにより形成されている。流路fp5は、アウターニードル20とハウジング10との間の空間により形成されている。流路fp6は、アウターニードル20とインナーニードル30との間の空間により形成されている。流路fp5と流路fp6とは、開口20cにより、連通している。アウターニードル20が開弁したときには、流体は、流路fp1~fp5を経て第1噴口10hから噴射される。インナーニードル30が開弁したときには、流体は、流路fp1~fp5、開口20c、流路fp6を経て第2噴口20hを通り、第1噴口10hから噴射される。 Next, the fluid flow paths fp1 to fp6 in the injector 100 will be described. Inside the injector 100, flow paths fp1 to fp6 are formed as described below. The flow path fp1 is formed by the space inside the cylinder of the fixed core 70 . The flow path fp2 is formed by the space between the stopper 50 and the non-magnetic portion 90b. The flow path fp3 is formed by the opening 40e of the first movable core portion 40b. The flow path fp4 is formed by the hole 40f of the first movable core portion 40b. Flow path fp5 is formed by the space between outer needle 20 and housing 10 . Flow path fp6 is formed by a space between outer needle 20 and inner needle 30 . The flow channel fp5 and the flow channel fp6 are in communication with each other through the opening 20c. When the outer needle 20 is opened, the fluid is injected from the first injection port 10h through the flow paths fp1 to fp5. When the inner needle 30 is opened, the fluid passes through the flow paths fp1 to fp5, the opening 20c, the flow path fp6, the second injection port 20h, and is jetted from the first injection port 10h.

次に、インナーニードル30と、アウターニードル20の開弁条件について説明する。インナーニードル30がアウターニードル20に着座したときのインナーニードル30とアウターニードル20の接触部の直径をDs、アウターニードル20がハウジング10に着座したときのアウターニードル20とハウジング10との接触部の直径をDb、インナーニードル30が着座状態から開弁し、当接部22に当接するまでのリフト量をL、バネ80bの付勢力をFsp、弾性係数をk、電気アクチュエータ60の吸引力をF、燃圧をFfとする。弾性係数kは、第2アウターニードル部20bと、当接部22の材料と形状とにより決まる値である。インナーニードル30の開弁条件は、
F>Ss×Ff+Fsp …(1)
である。ここで、Ssは、インナーニードル30のシート面積であり、Ss=π×Ds/4である。
なお、アウターニードル20が開弁しないためには、さらに、以下の条件を満たす必要がある。
(Sb-Ss)×Ff>(F×L×k)1/2 …(2)
ここで、Sbは、アウターニードル20のシート面積であり、Sb=π×Db/4である。なお、Db>Dsであり、Sb>Ssである。こうすることで、電気アクチュエータ60により開弁力が小さい時に開弁するインナーニードル30に作用する閉弁力を小さくでき、インナーニードルを容易に開弁させることができる。また、アウターニードル20に作用する燃圧による閉弁力を大きく設定することができるため、インナーニードル30だけ開弁する状態を容易に作ることができる。
Next, valve opening conditions for the inner needle 30 and the outer needle 20 will be described. Ds is the diameter of the contact portion between the inner needle 30 and the outer needle 20 when the inner needle 30 is seated on the outer needle 20, and the diameter of the contact portion between the outer needle 20 and the housing 10 when the outer needle 20 is seated on the housing 10. is Db, L is the lift amount until the inner needle 30 opens from the seated state and contacts the contact portion 22, Fsp is the biasing force of the spring 80b, k is the elastic modulus, F is the attraction force of the electric actuator 60, Let Ff be the fuel pressure. The elastic modulus k is a value determined by the material and shape of the second outer needle portion 20 b and the contact portion 22 . The condition for opening the inner needle 30 is
F>Ss×Ff+Fsp (1)
is. Here, Ss is the sheet area of the inner needle 30, and Ss=π×Ds 2 /4.
In order for the outer needle 20 not to open, the following conditions must be satisfied.
(Sb−Ss)×Ff>(F×L×k) 1/2 (2)
Here, Sb is the sheet area of the outer needle 20, and Sb=π×Db 2 /4. Note that Db>Ds and Sb>Ss. By doing so, the valve closing force acting on the inner needle 30 that opens the valve by the electric actuator 60 when the valve opening force is small can be reduced, and the inner needle can be easily opened. Further, since the valve closing force due to the fuel pressure acting on the outer needle 20 can be set large, it is possible to easily create a state in which only the inner needle 30 is opened.

次いで、インナーニードル30、アウターニードル20の両方が開弁するための条件は、
F>(Sb-Ss)×Ff+Fsp …(3)
である。
Next, the conditions for opening both the inner needle 30 and the outer needle 20 are
F>(Sb−Ss)×Ff+Fsp (3)
is.

例えば、Dsを1.2mm、Dbを4.6mm、燃圧Ffを1.1MPa、バネ80bの付勢力を3N、リフト量Lを0.15mm、弾性係数kを4.5×10とすると、インナーニードル30を開弁させるのに必要な電気アクチュエータ60の吸引力Fは、4.24Nとなる。このとき、式(2)の左辺は、17.04N、右辺は、5.3Nとなるため、式(2)を満たす。従って、インナーニードル30は開弁するが、アウターニードル20は開弁しない。アウターニードル20を開弁させるのに必要な電気アクチュエータ60の吸引力Fは、式(3)から、20.04Nである。なお、電気アクチュエータ60の吸引力Fは、電気アクチュエータ60を駆動する駆動電流により、容易に制御できる。 For example, if Ds is 1.2 mm, Db is 4.6 mm, fuel pressure Ff is 1.1 MPa, biasing force of spring 80b is 3 N, lift amount L is 0.15 mm, and elastic coefficient k is 4.5×10 4 , The attractive force F of the electric actuator 60 required to open the inner needle 30 is 4.24N. At this time, the left side of the equation (2) is 17.04N and the right side is 5.3N, so the equation (2) is satisfied. Therefore, the inner needle 30 is opened, but the outer needle 20 is not opened. The attractive force F of the electric actuator 60 required to open the outer needle 20 is 20.04N from equation (3). It should be noted that the attraction force F of the electric actuator 60 can be easily controlled by the drive current that drives the electric actuator 60 .

・インナーニードル30の開弁:
電気アクチュエータ60に電圧を印加し、電気アクチュエータ60の吸引力Fを、インナーニードル30を開弁させる力以上とする。なお、このときの吸引力Fは、アウターニードル20を開弁させる力未満とする。電気アクチュエータ60は、図2に示すように、可動コア40を開弁方向(図の上方)に移動させ、可動コア40は、ストッパ50を図の上方に移動させる。ストッパ50と、インナーニードル30とは、溶接により固定されているので、インナーニードル30も上方に移動して第2噴口20hを開ける。すなわち、インナーニードル30が開弁する。このとき、流体は、流路fp1~fp5、開口20c、流路fp6を経て第2噴口20hを通り、第1噴口10hから噴射される。
・Opening of the inner needle 30:
A voltage is applied to the electric actuator 60 to make the attraction force F of the electric actuator 60 greater than or equal to the force for opening the inner needle 30 . It should be noted that the suction force F at this time is less than the force for opening the outer needle 20 . As shown in FIG. 2, the electric actuator 60 moves the movable core 40 in the valve opening direction (upward in the drawing), and the movable core 40 moves the stopper 50 upward in the drawing. Since the stopper 50 and the inner needle 30 are fixed by welding, the inner needle 30 also moves upward to open the second injection port 20h. That is, the inner needle 30 is opened. At this time, the fluid passes through the flow paths fp1 to fp5, the opening 20c, the flow path fp6, the second injection port 20h, and is jetted from the first injection port 10h.

電気アクチュエータ60の吸引力Fが、電気アクチュエータ60の吸引力Fを、インナーニードル30を開弁させる力以上であるが、アウターニードル20を開弁させる力未満の場合、インナーニードル30がさらに上方に移動される。インナーニードル30の当接部30dが、当接部22と接触すると、インナーニードル30は、これ以上開弁しなくなる。このとき、当接部30dは、当接部22に大きな衝撃荷重を与える場合がある。しかし、本実施形態では、インナーニードル30の当接部30dと、当接部22は、いずれもビッカース硬度が大きいマルテンサイト系ステンレス鋼で形成されているので、いずれも摩耗し難い。 If the attraction force F of the electric actuator 60 is greater than or equal to the force that causes the inner needle 30 to open, but less than the force that causes the outer needle 20 to open, the inner needle 30 moves further upward. be moved. When the contact portion 30d of the inner needle 30 comes into contact with the contact portion 22, the inner needle 30 no longer opens. At this time, the contact portion 30 d may apply a large impact load to the contact portion 22 . However, in the present embodiment, the abutting portion 30d of the inner needle 30 and the abutting portion 22 are both made of martensitic stainless steel having a high Vickers hardness, so they are less likely to wear out.

さらに電気アクチュエータ60に電圧を印加し、電気アクチュエータ60の吸引力Fが、アウターニードル20を開弁させる力以上となると、図3に示すように、電気アクチュエータ60は、可動コア40を固定コア70に近づくように、図の上方に移動させ、ストッパ50、インナーニードル30を図の上方に移動させる。このとき、アウターニードル20は、インナーニードル30から当接部22を介して上向きの力を受けて上方に移動し、第1噴口10hを開け、アウターニードル20を開弁する。流体は、第2噴口20hを経て第1噴口10hから噴射されるだけでなく、さらに、流路fp1~fp5から第2噴口20hを経ずに第1噴口10hから噴射される。 Further, when a voltage is applied to the electric actuator 60 and the attractive force F of the electric actuator 60 becomes greater than or equal to the force for opening the outer needle 20, the electric actuator 60 moves the movable core 40 to the fixed core 70 as shown in FIG. , and the stopper 50 and the inner needle 30 are moved upward in the drawing. At this time, the outer needle 20 receives an upward force from the inner needle 30 via the contact portion 22 and moves upward, opening the first injection port 10h and opening the outer needle 20 . The fluid is not only ejected from the first nozzle hole 10h via the second nozzle hole 20h, but is also ejected from the first nozzle hole 10h from the flow paths fp1 to fp5 without passing through the second nozzle hole 20h.

可動コア40の当接部40dが固定コア70に衝突すると、可動コア40は、これ以上上方には移動しなくなる。本実施形態では、可動コア40の当接部40dを有する第1可動コア部40bと、固定コア70の第2固定コア部70bとは、いずれもビッカース硬度が大きいマルテンサイト系ステンレス鋼で形成されているので、当接部40dが固定コア70に衝突しても、いずれも摩耗し難い。 When the contact portion 40d of the movable core 40 collides with the fixed core 70, the movable core 40 stops moving upward. In the present embodiment, both the first movable core portion 40b having the contact portion 40d of the movable core 40 and the second fixed core portion 70b of the fixed core 70 are made of martensitic stainless steel having a high Vickers hardness. Therefore, even if the contact portion 40d collides with the fixed core 70, the contact portion 40d is less likely to be worn.

可動コア40の当接部40dが固定コア70に衝突すると、その後、インナーニードル30とストッパ50は、慣性力により、一旦、上方に移動し、当接部42は、第2可動コア部40cから離間する。その後、ストッパ50とインナーニードル30とは、流体の圧力及びバネ80bの付勢力により下方に移動し、図4に示すように、当接部42が、第2可動コア部40cに衝突する。この結果、アウターニードル20は一定の大きさで開弁した状態となる。また、当接部42と、第2可動コア部40cは、いずれもビッカース硬度が大きいマルテンサイト系ステンレス鋼で形成されているので、当接部42が、第2可動コア部40cに衝突しても、いずれも摩耗し難い。なお、図4以降では、図が見難くなるため、一部の符号や燃料の流れを省略して図示する。 After the contact portion 40d of the movable core 40 collides with the fixed core 70, the inner needle 30 and the stopper 50 move upward once due to inertia force, and the contact portion 42 moves from the second movable core portion 40c. Separate. After that, the stopper 50 and the inner needle 30 move downward due to the pressure of the fluid and the biasing force of the spring 80b, and as shown in FIG. 4, the contact portion 42 collides with the second movable core portion 40c. As a result, the outer needle 20 is opened with a constant size. In addition, since the contact portion 42 and the second movable core portion 40c are both made of martensitic stainless steel having a high Vickers hardness, the contact portion 42 collides with the second movable core portion 40c. Both are hard to wear. In FIG. 4 and subsequent figures, some reference numerals and the flow of fuel are omitted because the figures are difficult to see.

・インナーニードル30の閉弁:
電気アクチュエータ60への電圧の印加を停止すると、電気アクチュエータ60の吸引力Fが無くなる。その結果、ストッパ50とインナーニードル30とは、流体の圧力及びバネ80bの付勢力により下方に移動する。図5に示すように、インナーニードル30の第1インナーニードル部30aは、アウターニードル20の第1アウターニードル部20aに着座することでアウターニードル20の第2噴口20hを閉じ、インナーニードル30を閉弁する。このとき、第1インナーニードル部30aと、第1アウターニードル部20aは、いずれもビッカース硬度が大きいマルテンサイト系ステンレス鋼で形成されているので、第1インナーニードル部30aが第1アウターニードル部20aに着座しても、いずれも摩耗し難い。なお、図5からわかるように、アウターニードル20は、どの部材も支えられていない。また、ストッパ50とインナーニードル30とは、流体の圧力及びバネ80bの付勢力により下方に移動する。したがって、図5に示す状態を維持することは難しく、その後、アウターニードル20は、ストッパ50とインナーニードル30と共に下方に移動する。
・Closing the inner needle 30:
When the voltage application to the electric actuator 60 is stopped, the attractive force F of the electric actuator 60 disappears. As a result, the stopper 50 and the inner needle 30 move downward due to the pressure of the fluid and the biasing force of the spring 80b. As shown in FIG. 5, the first inner needle portion 30a of the inner needle 30 is seated on the first outer needle portion 20a of the outer needle 20 to close the second injection port 20h of the outer needle 20, thereby closing the inner needle 30. speak up. At this time, since the first inner needle portion 30a and the first outer needle portion 20a are both made of martensitic stainless steel having a high Vickers hardness, the first inner needle portion 30a is the first outer needle portion 20a. Even if you sit on it, it is hard to wear. As can be seen from FIG. 5, the outer needle 20 is not supported by any member. Also, the stopper 50 and the inner needle 30 move downward due to the pressure of the fluid and the biasing force of the spring 80b. Therefore, it is difficult to maintain the state shown in FIG. 5, and then the outer needle 20 moves downward together with the stopper 50 and the inner needle 30 .

・アウターニードル20の閉弁:
流体の圧力及びバネ80bの付勢力により、ストッパ50とインナーニードル30とがさらに下方に移動すると、アウターニードル20を下方に移動させる。その結果、図6に示すように、アウターニードル20の第1アウターニードル部20aは、ハウジング10に着座することでハウジング10の第1噴口10hを閉じ、アウターニードル20を閉弁する。このとき、第1アウターニードル部20aと、ハウジング10は、いずれもビッカース硬度が大きいマルテンサイト系ステンレス鋼で形成されているので、いずれも摩耗し難い。
- Closure of the outer needle 20:
When the stopper 50 and the inner needle 30 move further downward due to the pressure of the fluid and the biasing force of the spring 80b, the outer needle 20 moves downward. As a result, as shown in FIG. 6, the first outer needle portion 20a of the outer needle 20 is seated on the housing 10 to close the first injection port 10h of the housing 10 and the outer needle 20 is closed. At this time, since both the first outer needle portion 20a and the housing 10 are made of martensitic stainless steel having a high Vickers hardness, they are not easily worn.

図7は、電気アクチュエータ60の駆動電圧と、インナーニードル30、アウターニードル20の開閉状態との関係を示すタイムチャートである。駆動電圧を段階的に上昇させること、すなわち、先ず小さな駆動電圧を電気アクチュエータ60に印加することで図2に示すようにインナーニードル30を開弁し、その後に大きな駆動電圧を電気アクチュエータ60に印加することで図3に示すようにアウターニードル20を開弁できる。また、閉弁時には、電気アクチュエータ60への電圧の印加を停止することで、図5に示すようにインナーニードル30を閉弁し、その後、図6に示すようにアウターニードル20が閉弁することができる。このように、本実施形態によれば、電気アクチュエータ60の駆動電圧を制御することで、インナーニードル30、アウターニードル20の開閉を制御できる。 FIG. 7 is a time chart showing the relationship between the drive voltage of the electric actuator 60 and the open/closed states of the inner needle 30 and the outer needle 20. As shown in FIG. By increasing the drive voltage in stages, that is, by first applying a small drive voltage to the electric actuator 60, the inner needle 30 is opened as shown in FIG. By doing so, the outer needle 20 can be opened as shown in FIG. When the valve is closed, the application of voltage to the electric actuator 60 is stopped, so that the inner needle 30 is closed as shown in FIG. 5, and then the outer needle 20 is closed as shown in FIG. can be done. Thus, according to this embodiment, by controlling the driving voltage of the electric actuator 60, the opening and closing of the inner needle 30 and the outer needle 20 can be controlled.

ストッパ50をインナーニードル30に溶接する場合には、先ず、図8に示すように、可動コア40の凹部40gにアウターニードル20が収納されるように可動コア40とアウターニードル20とを相対的に移動させる。そうすると、第3インナーニードル部30cが露出する。第3インナーニードル部30cが露出した状態で図9に示すように、ストッパ50を第3インナーニードル部30cに取り付けて、ストッパ50の側面から溶接する。図10は、可動コア40と当接部とが接するように、可動コア40の位置を移動させた状態を示す。このように、ストッパ50が取り付けられる第3インナーニードル部30cは、可動コア40から露出可能であるので、ストッパ50を可動コア40から露出させた状態で、ストッパ50をインナーニードル30に溶接できる。また、インナーニードル30の軸方向の長さを短くできるので、インジェクタ100を小形にできる。さらに、ストッパ50がインナーニードル30に溶接されていると、可動コア40が固定コア70に衝突したときの衝撃でストッパ50が抜けることを抑制できる。 When welding the stopper 50 to the inner needle 30, first, as shown in FIG. move. Then, the third inner needle portion 30c is exposed. As shown in FIG. 9 with the third inner needle portion 30c exposed, the stopper 50 is attached to the third inner needle portion 30c and welded from the side surface of the stopper 50. As shown in FIG. FIG. 10 shows a state in which the position of the movable core 40 is moved so that the movable core 40 and the contact portion are in contact with each other. Since the third inner needle portion 30 c to which the stopper 50 is attached can be exposed from the movable core 40 in this manner, the stopper 50 can be welded to the inner needle 30 while the stopper 50 is exposed from the movable core 40 . In addition, since the axial length of the inner needle 30 can be shortened, the injector 100 can be made compact. Furthermore, when the stopper 50 is welded to the inner needle 30 , it is possible to prevent the stopper 50 from coming off due to the impact when the movable core 40 collides with the fixed core 70 .

以上、第1実施形態によれば、1つの可動コア40でインナーニードル30とアウターニードル20の開閉を制御できるため、インナーニードル30用の可動コアとアウターニードル用の可動コアの2つの可動コアを設けるよりもコストを低減できる。 As described above, according to the first embodiment, since the opening and closing of the inner needle 30 and the outer needle 20 can be controlled by one movable core 40, two movable cores, the movable core for the inner needle 30 and the movable core for the outer needle, are used. The cost can be reduced rather than providing.

また、第1実施形態によれば、燃料の圧力を用いてインナーニードル30の開弁力をアウターニードル20に伝達し、アウターニードル20を開弁させる構成ではなく、電気アクチュエータ60に印加する電圧で可動コア40を移動させ、インナーニードル30とアウターニードル20の開閉を制御できる。したがって、インジェクタ100により噴射される燃料が、液体の場合に限られず、圧縮性流体である気体であっても良い。 Further, according to the first embodiment, the valve opening force of the inner needle 30 is transmitted to the outer needle 20 using the pressure of the fuel, and the voltage applied to the electric actuator 60 is used instead of the configuration for opening the outer needle 20. By moving the movable core 40, the opening and closing of the inner needle 30 and the outer needle 20 can be controlled. Therefore, the fuel injected by the injector 100 is not limited to liquid, and may be gas, which is a compressible fluid.

第1実施形態によれば、第1噴口10hと第2噴口20hとを1つの軸上に設けることができるため、インジェクタ100を小さくできる。 According to the first embodiment, the first injection hole 10h and the second injection hole 20h can be provided on one axis, so the injector 100 can be made smaller.

・第2実施形態:
図11に示す第2実施形態のインジェクタ100では、第1噴口10h、第2噴口20hがいずれもハウジング10に設けられている。第2実施形態では、第1実施形態と同じ符号を用いている。第1噴口10h、第2噴口20hは、いずれもハウジング10に設けられている。図12に図11のXII-XII断面を示す。図12から分かるように、第2噴口20hは、円形を有しており、第1噴口10hは、弧形状を有しており、第2噴口20hの回りに複数設けられている。形成されている。第1噴口10hは、ニードルアッセンブリのアウターニードル20によって開閉され、第2噴口は、アウターニードル20内を摺動するインナーニードル30により開閉される。第1噴口10hと、第2噴口20hは、第2実施形態のように、いずれもハウジング10に形成される構成でもよく、第1実施形態のように、第1噴口10hをハウジング10に形成し、第2噴口20hをアウターニードル20に形成し、第1噴口10hと第2噴口20hとを連通する構成であっても良い。
・Second embodiment:
In the injector 100 of the second embodiment shown in FIG. 11, both the first injection hole 10h and the second injection hole 20h are provided in the housing 10. As shown in FIG. In 2nd Embodiment, the same code|symbol as 1st Embodiment is used. Both the first injection port 10 h and the second injection port 20 h are provided in the housing 10 . FIG. 12 shows the XII-XII section of FIG. As can be seen from FIG. 12, the second nozzle hole 20h has a circular shape, and the first nozzle hole 10h has an arc shape, and a plurality of them are provided around the second nozzle hole 20h. formed. The first injection port 10 h is opened and closed by the outer needle 20 of the needle assembly, and the second injection port is opened and closed by the inner needle 30 sliding inside the outer needle 20 . Both the first injection port 10h and the second injection port 20h may be formed in the housing 10 as in the second embodiment, or the first injection port 10h may be formed in the housing 10 as in the first embodiment. , the second injection port 20h may be formed in the outer needle 20, and the first injection port 10h and the second injection port 20h may be communicated with each other.

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various configurations without departing from the scope of the present disclosure. For example, the technical features of the embodiments corresponding to the technical features in each form described in the outline of the invention are used to solve some or all of the above problems, or Alternatively, replacements and combinations can be made as appropriate to achieve all. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.

10 ハウジング 10h 第1噴口 20 アウターニードル 20h 第2噴口 22 当接部 30 インナーニードル 40 可動コア 42 当接部 50 ストッパ 60 電気アクチュエータ 70 固定コア 90 筐体 100 インジェクタ REFERENCE SIGNS LIST 10 housing 10h first injection port 20 outer needle 20h second injection port 22 contact portion 30 inner needle 40 movable core 42 contact portion 50 stopper 60 electric actuator 70 fixed core 90 housing 100 injector

Claims (8)

流体を噴射するインジェクタ(100)であって、
第1噴口(10h)を有するハウジング(10)と、
前記ハウジングの前記第1噴口と反対側に設けられた筐体(90)と、
前記ハウジングおよび前記筐体に収納され、前記ハウジングおよび前記筐体内を摺動するとともに前記第1噴口を開閉するニードルアッセンブリ(20、30、40、50)と、
前記筐体の外側に配置され、前記ニードルアッセンブリを駆動して移動させる電気アクチュエータ(60)と、
前記筐体に収納され、前記ニードルアッセンブリの移動を規制する固定コア(70)と、
を備え、
前記ニードルアッセンブリは、
前記第1噴口の開閉を行うアウターニードル(20)と、
第2噴口(20h)を開閉するインナーニードル(30)であって、前記アウターニードルの内部に収納され前記アウターニードル内を摺動するインナーニードルと、
前記インナーニードルの前記第2噴口と反対側に設けられたストッパ(50)と、
前記電気アクチュエータによって駆動される可動コアであって、前記ストッパと共に前記インナーニードルを移動させる可動コア(40)と、
を有し、
前記アウターニードルは、前記第2噴口を有する第1アウターニードル部(20a)と、前記第2噴口と反対側の第2アウターニードル部(20b)と、前記第2アウターニードル部の内側上端部に配置された当接部であって前記インナーニードルが前記第2噴口の開弁方向に移動したときに、前記インナーニードルと当接する当接部(22)と、を有し、
前記当接部は、前記インナーニードルのうち、外径が小さくされた部分が通過する開口を備え、
前記インナーニードルと前記第1アウターニードル部と前記当接部を構成する材料は、前記第2アウターニードル部を構成する材料よりもビッカース硬度が大きく、
前記可動コアは、前記電気アクチュエータの駆動により前記インナーニードルを移動させて前記第2噴口を開弁させ、前記インナーニードルが前記当接部に当接した後は、前記アウターニードルを移動させて前記第1噴口を開弁させる、
インジェクタ。
An injector (100) for ejecting a fluid,
a housing (10) having a first nozzle hole (10h);
a housing (90) provided on the opposite side of the housing from the first injection port;
a needle assembly (20, 30, 40, 50) housed in the housing and the housing, sliding in the housing and the housing, and opening and closing the first injection port;
an electrical actuator (60) located outside the housing for driving movement of the needle assembly;
a fixed core (70) that is housed in the housing and restricts movement of the needle assembly;
with
The needle assembly is
an outer needle (20) for opening and closing the first injection port;
an inner needle (30) for opening and closing a second injection port (20h), the inner needle being housed inside the outer needle and sliding within the outer needle;
a stopper (50) provided on the side of the inner needle opposite to the second injection port;
a movable core (40) driven by the electric actuator for moving the inner needle together with the stopper;
has
The outer needle includes a first outer needle portion (20a) having the second injection port, a second outer needle portion (20b) opposite to the second injection port, and an inner upper end portion of the second outer needle portion. an abutment portion (22) that abuts against the inner needle when the inner needle moves in the valve-opening direction of the second injection port;
the abutting portion has an opening through which a portion of the inner needle having a reduced outer diameter passes;
A material forming the inner needle, the first outer needle portion, and the contact portion has a higher Vickers hardness than a material forming the second outer needle portion,
The movable core moves the inner needle to open the second injection port by driving the electric actuator, and moves the outer needle to open the second injection port after the inner needle contacts the contact portion. opening the first injection port;
injector.
請求項1に記載のインジェクタであって、
前記ストッパは、前記インナーニードルに溶接されている、インジェクタ。
The injector of claim 1, comprising:
The injector, wherein the stopper is welded to the inner needle.
請求項1または2に記載のインジェクタであって、
前記第1アウターニードル部と前記第2アウターニードル部とは、溶接されている、インジェクタ。
3. The injector according to claim 1 or 2,
The injector, wherein the first outer needle portion and the second outer needle portion are welded together.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のインジェクタであって、
前記ニードルアッセンブリを前記ハウジングから取り出したとき、前記ストッパを前記可動コアから露出可能である、インジェクタ。
The injector according to any one of claims 1 to 3,
The injector, wherein the stopper can be exposed from the movable core when the needle assembly is removed from the housing.
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のインジェクタであって、
前記インナーニードルのシート面積は、前記アウターニードルのシート面積よりも小さい、インジェクタ。
The injector according to any one of claims 1 to 4,
The injector, wherein the seat area of the inner needle is smaller than the seat area of the outer needle.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のインジェクタであって、
前記第2噴口は、前記アウターニードルに設けられ、前記第1噴口に連通している、インジェクタ。
The injector according to any one of claims 1 to 5,
The injector, wherein the second injection port is provided in the outer needle and communicates with the first injection port.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のインジェクタであって、
前記第2噴口は、前記ハウジングに設けられている、インジェクタ。
The injector according to any one of claims 1 to 5,
The injector, wherein the second injection port is provided in the housing.
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のインジェクタであって、
前記流体は、気体である、インジェクタ。
The injector according to any one of claims 1 to 7,
The injector, wherein the fluid is gas.
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