JP5240158B2 - Fuel injection device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection device that injects and supplies fuel to an internal combustion engine.
従来の燃料噴射装置は、軸方向に進退し噴孔を開閉する弁部材と、軸方向に伸縮するアクチュエータと、アクチュエータの伸縮に応じて軸方向に進退するピストンと、ピストンの進退に応じて燃料圧が増減される制御室と、燃料タンク等からボディ内に受け入れた高圧の燃料が流出入する背圧室と、を備える。さらに弁部材は、制御室の燃料圧を開弁方向に受けると共に、背圧室の燃料圧を閉弁方向に受けるように構成されている(例えば、特許文献1参照)。そして、このような燃料噴射装置においては、高い燃焼効率、すすや未燃成分の排出抑制等の観点から、燃料の高圧化が要求されている。 A conventional fuel injection device includes a valve member that moves back and forth in the axial direction to open and close the nozzle hole, an actuator that expands and contracts in the axial direction, a piston that moves back and forth in the axial direction in response to the expansion and contraction of the actuator, A control chamber in which the pressure is increased and decreased, and a back pressure chamber into which high-pressure fuel received in the body from a fuel tank or the like flows in and out. Further, the valve member is configured to receive the fuel pressure of the control chamber in the valve opening direction and to receive the fuel pressure of the back pressure chamber in the valve closing direction (see, for example, Patent Document 1). In such a fuel injection device, it is required to increase the pressure of the fuel from the viewpoints of high combustion efficiency, suppression of discharge of soot and unburned components, and the like.
しかしながら、上記従来の燃料噴射装置では、装置内の燃料が高圧になるほど、弁部材に対して閉じる方向に働く閉弁力が大きくなる。このように閉弁力が増大すると、弁部材の開弁及び閉弁の応答性を確保するために、弁部材を開弁させる開弁力を当該閉弁力に打ち勝つように設定する必要がある。このような開弁力を設定するには、例えば、弁部材を強制的に駆動させるための機構を強化する必要があり、当該機構を含む装置の大型化につながってしまう。 However, in the above-described conventional fuel injection device, the higher the fuel in the device, the greater the valve closing force that acts in the closing direction with respect to the valve member. When the valve closing force increases in this way, it is necessary to set the valve opening force for opening the valve member so as to overcome the valve closing force in order to ensure valve opening and valve closing responsiveness. . In order to set such a valve opening force, for example, it is necessary to strengthen a mechanism for forcibly driving the valve member, which leads to an increase in size of a device including the mechanism.
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、弁部材に働く閉弁力に対して必要な開弁力を抑制することができる燃料噴射装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel injection device capable of suppressing a required valve opening force with respect to a valve closing force acting on a valve member. is there.
本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1に記載の燃料噴射装置の発明は、燃料を噴出する噴孔が形成されているハウジングと、ハウジングの内部に設けられ、軸方向に往復変位して噴孔を開閉し、噴孔からの燃料の噴出を許容及び停止する弁部材と、ハウジングの内部に設けられ、軸方向に伸縮して第一のピストンを往復変位させることにより圧力制御室の内圧を制御して弁部材を往復変位させるアクチュエータと、弁部材に連結され、噴孔を閉じる閉弁状態にある弁部材とともに変位する第二のピストンと、弁部材が噴孔から離れる方向である開弁方向に第二のピストンに対して作用する力とバランスするように圧縮される圧力バランス手段と、第二のピストンが弁部材に対し相対変位しないで一体に変位する一体変位状態及び当該一体変位状態が解除される非一体変位状態を生成する一体変位・解除生成手段と、を備え、
閉弁状態のときに一体変位・解除生成手段は一体変位状態を維持し、
弁部材が閉弁状態から開弁方向に最大変位する開弁状態に向かうときに、一体変位・解除生成手段は一体変位状態を解除し、さらに圧力バランス手段は第二のピストンに対して開弁方向に作用する力とバランスするように圧縮されて第二のピストンを閉弁方向に支持することを特徴とする。
The present invention employs the following technical means to achieve the above object. That is, the invention of the fuel injection device according to
The integral displacement / release generating means maintains the integral displacement state when the valve is closed,
When the valve member moves from the closed state to the open state where the valve member is displaced maximum in the valve opening direction, the integral displacement / release generation means releases the integral displacement state, and the pressure balance means opens the second piston. The second piston is supported in the valve closing direction by being compressed so as to be balanced with the force acting in the direction.
この発明によれば、第二のピストンが弁部材に対し相対変位しないで一体に変位する一体変位状態と当該一体変位状態が解除される非一体変位状態とを生成する一体変位・解除生成手段を備え、当該一体変位・解除生成手段によって、閉弁状態で一体変位状態を維持し、閉弁状態から開弁状態に向かうときに一体変位状態を解除して非一体変位状態になることにより、弁部材が閉弁状態から開弁状態に向かうときに弁部材に作用する力が第二のピストンに連動しない構造を可能にする。これにより、圧力バランス手段は弁部材に働く作用力を受けずに圧縮されて第二のピストンを支持するため、燃料圧力による弁部材を閉弁する力の作用がキャンセルされる。本発明はこのようなメカニズムを有しつつバランス状態に近づきながら、開弁状態を実施することができる。したがって、弁部材に働く閉弁力に打ち勝つためにアクチュエータ等により発生させる開弁力を抑制できる燃料噴射装置が得られる。さらに当該開弁力を抑制できることにより、弁部材を開弁方向に駆動するための機構の強化や大型化を抑制できるため、燃料噴射装置のコストパフォーマンスの向上及び小型化に貢献することができる。 According to the present invention, the integrated displacement / release generating means for generating an integrally displaced state in which the second piston is integrally displaced without relative displacement with respect to the valve member and a non-integrated displaced state in which the integrally displaced state is canceled. The integrated displacement / release generating means maintains the integrated displacement state in the closed state and releases the integrated displacement state when moving from the closed state to the open state to become a non-integrated displacement state. A structure in which the force acting on the valve member when the member moves from the valve closed state to the valve open state does not interlock with the second piston is enabled. Thereby, the pressure balance means is compressed without receiving the acting force acting on the valve member and supports the second piston, so that the action of the force for closing the valve member due to the fuel pressure is canceled. The present invention can implement the valve open state while approaching the balance state while having such a mechanism. Therefore, a fuel injection device that can suppress the valve opening force generated by the actuator or the like to overcome the valve closing force acting on the valve member is obtained. Further, since the valve opening force can be suppressed, the mechanism for driving the valve member in the valve opening direction can be prevented from being strengthened and increased in size, which can contribute to improvement in cost performance and size reduction of the fuel injection device.
請求項2に記載の発明によると、燃料噴射装置はさらに第二のピストンと弁部材とを連結する連結棒を備え、一体変位・解除生成手段は、連結棒の一方側が第二のピストン及び弁部材のうち一方の相手部材に対し相対変位しないで一体に変位するように固定され、連結棒の他方側が、閉弁状態のときに他方の相手部材に対し相対変位しないで一体に変位可能であり、閉弁状態から開弁状態に向かうときに他方の相手部材に対し相対変位することにより構成されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the fuel injection device further includes a connecting rod for connecting the second piston and the valve member, and the integral displacement / release generating means is configured such that one side of the connecting rod has the second piston and the valve. One of the members is fixed so as to be displaced integrally without relative displacement, and the other side of the connecting rod can be displaced integrally without relative displacement with respect to the other member when the valve is closed. When the valve is closed from the closed state to the open state, it is constituted by relative displacement with respect to the other counterpart member.
この発明によれば、連結棒と第二のピストンまたは弁部材の一方との一体変位構造、及び他方との相対変位構造によって一体変位・解除生成手段を構成するため、簡素な機械的構造を実現でき、燃料噴射装置のコストパフォーマンスの向上及び小型化に大きく貢献できる。 According to this invention, since the integral displacement / release generating means is constituted by the integral displacement structure of the connecting rod and one of the second piston or the valve member and the relative displacement structure of the other, a simple mechanical structure is realized. This can greatly contribute to improvement in cost performance and miniaturization of the fuel injection device.
請求項3に記載の発明は、請求項2において、他方の相手部材には、軸方向に延びるように形成されて連結棒の他方側端部を摺動可能に収容する摺動空間部が形成されており、
閉弁状態のときに、連結棒の他方側端部が摺動空間部を形成する内壁面に軸方向に当接して、他方の相手部材及び連結棒は相対変位しないで一体に変位し、
閉弁状態から開弁状態に向かうときに、摺動空間部の内壁面と連結棒の他方側端部との当接が解除されて、連結棒は他方の相手部材に対し相対変位することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the other mating member is formed with a sliding space portion that extends in the axial direction and slidably accommodates the other end portion of the connecting rod. Has been
When the valve is closed, the other end of the connecting rod is in axial contact with the inner wall surface forming the sliding space, and the other mating member and connecting rod are displaced together without relative displacement.
When moving from the closed state to the open state, the contact between the inner wall surface of the sliding space and the other end of the connecting rod is released, and the connecting rod is displaced relative to the other counterpart member. Features.
この発明によれば、連結棒の他方側端部を摺動可能に収容する摺動空間部を備え、連結棒の他方側端部が閉弁状態で摺動空間部の内壁面に当接することによって軸方向の移動が規制されて一体変位状態になり、閉弁状態から開弁状態に向かうときに当該規制が解除されて相対変位可能な状態になる。これにより、当該他方の部材に上記形状を備える摺動空間を形成することで、部品点数の少ない簡素なメカニズムであって動作不良が少ない有用な一体変位・解除生成手段が得られる。 According to this invention, the sliding space portion that slidably accommodates the other end portion of the connecting rod is provided, and the other end portion of the connecting rod comes into contact with the inner wall surface of the sliding space portion in a valve-closed state. As a result, the movement in the axial direction is restricted to be in an integrally displaced state, and when going from the valve-closed state to the valve-opened state, the restriction is released and a relative displacement is possible. Thus, by forming a sliding space having the above-mentioned shape on the other member, a useful integrated displacement / release generating means that is a simple mechanism with a small number of parts and few malfunctions can be obtained.
請求項4に記載の発明によると、圧力バランス手段は、第二のピストンに対して開弁方向の側に隣接して設けられ、第二のピストンの変位に応じて容積変化する密閉された室であって、液体が封入される圧力バランス室であることを特徴とする。
According to the invention described in
この発明によると、圧力バランス室を満たす液体として好ましい体積弾性係数を有する物質を採用すれば、閉弁状態から開弁状態に至る第二のピストンの変位量を、弁部材の変位量に対して適切な範囲に設定することが可能になる。したがって、部品点数の少ない簡素なメカニズムで、製品仕様とおりに製造し易く、生産性にも優れた燃料噴射装置を提供できる。 According to the present invention, if a material having a preferable bulk modulus as a liquid that fills the pressure balance chamber is adopted, the displacement amount of the second piston from the valve closing state to the valve opening state is set to the displacement amount of the valve member. An appropriate range can be set. Therefore, it is possible to provide a fuel injection device that is easy to manufacture according to product specifications and has excellent productivity with a simple mechanism with a small number of parts.
請求項5に記載の発明によると、請求項2において、第二のピストンは、圧力バランス室の液体に対して軸方向の力を作用させる部分の直径寸法が、閉弁状態でハウジングの内壁面に着座する弁部材の直径寸法に等しくなるように構成されていることを特徴とする。 According to the fifth aspect of the present invention, in the second aspect, the second piston has a diameter dimension of a portion that applies an axial force to the liquid in the pressure balance chamber, and the inner wall surface of the housing is in a closed state. It is characterized by being configured to be equal to the diameter dimension of the valve member seated on.
この発明によれば、燃料圧力に起因する閉弁力を相殺し易い製品生産が容易になり、また圧力バランス室の液体圧力と弁部材に作用する力との良好なバランス状態が保ち易くなり、製品性能、生産性に優れた燃料噴射装置を提供できる。 According to this invention, it is easy to produce a product that easily cancels the valve closing force due to fuel pressure, and it becomes easy to maintain a good balance between the liquid pressure in the pressure balance chamber and the force acting on the valve member, A fuel injection device with excellent product performance and productivity can be provided.
請求項6に記載の発明は、請求項4または請求項5において、第二のピストンには、圧力バランス室に封入されている液体が外部に漏れることを防ぐシール部材が設けられていることを特徴とする。この発明によれば、当該シール部材を備えることにより、圧力バランス室の液体圧力が適切に保たれるため、圧力バランス室の機能を長期的かつ安定して発揮することができる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth or fifth aspect, the second piston is provided with a seal member that prevents the liquid sealed in the pressure balance chamber from leaking to the outside. Features. According to this invention, since the liquid pressure in the pressure balance chamber is appropriately maintained by providing the seal member, the function of the pressure balance chamber can be exerted stably for a long time.
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。 A plurality of modes for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In each embodiment, parts corresponding to the matters described in the preceding embodiment may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. When only a part of the configuration is described in each mode, the other modes described above can be applied to the other parts of the configuration. Not only combinations of parts that clearly show that combinations are possible in each embodiment, but also combinations of the embodiments even if they are not specified, unless there is a particular problem with the combination. Is also possible.
(第1実施形態)
以下、本発明に係る燃料噴射装置の一例である第1実施形態について、図1〜図3を用いて説明する。燃料噴射装置は、例えば、筒内噴射式火花点火内燃機関(以下、直噴ガソリンエンジン)の気筒内へ直接的に噴射する直噴型エンジンに使用する装置である。燃料噴射装置の一例としての燃料噴射弁1は、燃料を噴出するために先端に形成される噴孔9が図示しない気筒内の燃焼室に接続されるように、シリンダヘッドに取り付けられている。図1は燃料噴射弁1の構成を示す縦断面図であり、ニードル7が噴孔9を閉じている状態(閉弁状態)を示している。また図2は、燃料噴射弁1においてニードル7が噴孔9を最大限に開放している状態(開弁状態)を示している。図3は図2に示した開弁状態を拡大して示す部分拡大図である。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment as an example of a fuel injection device according to the present invention will be described with reference to FIGS. The fuel injection device is, for example, a device used for a direct injection type engine that directly injects a cylinder of an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine (hereinafter referred to as a direct injection gasoline engine). A
図1に示すように、燃料噴射弁1は、ハウジング本体2と、ハウジング本体2とともにハウジングを構成するノズルボディ3と、弁部材としてのニードル7と、ニードル案内シリンダ71と、第一のピストン6と、第二のピストン8と、ピストン案内シリンダ61と、アクチュエータ5と、アクチュエータを支持する支持部材としてのスタックハウジング10と、ハウジングを閉塞する閉塞部材としての蓋部材4と、を主に備えている。
As shown in FIG. 1, the
燃料噴射弁1のハウジングは、ハウジング本体2とノズルボディ3とによって構成されている。ハウジング本体2は、主にスタックハウジング10、アクチュエータ5、第一のピストン6、及びピストン案内シリンダ61を内部に収納する両端が開口した筒状体である。ハウジング本体2は、軸方向下端部がノズルボディ3に接続され、軸方向上端部が蓋部材4とスタックハウジング10とによって挟まれるようになっている。ノズルボディ3は、燃料噴射弁1のノズル部を構成する部品であり、主にニードル7及びニードル案内シリンダ71を内部に収納する筒状体である。ノズルボディ3は、軸方向上端部にノズルボディ3に接続され、軸方向下端部に噴孔9が形成されている。
The housing of the
噴孔9は、ノズルボディ3の内壁面と外壁面とを連通する細孔であり、噴孔9周囲の内壁面(噴孔9の入口部周縁に位置する内壁面)には、閉弁時にニードル7が着座する弁座91が設けられている。ノズルボディ3の内部であって噴孔9の入口部の周囲には、ニードル7とノズルボディ3の内壁面との間に燃料溜り室75が形成されている。弁座91は、燃料溜り室75と噴孔9の入口部との間の内壁面に位置する座面である。
The
ハウジング本体2には、側面に、高圧燃料が流入する流入口21が形成され、内部には当該燃料が流通する燃料通路11が形成されている。燃料通路11には、流入口21に流入してくる燃料と概ね同じ圧力の燃料が流通する。燃料溜り室75はこの燃料通路11の一部を構成する。
The housing
ニードル7は、ハウジング本体2の内部に往復移動可能に収容されており、往復変位して噴孔9を開閉し、噴孔9からの燃料の噴出を許容及び停止する弁部材である。ニードル7には、燃料通路11に通じる背圧室73と燃料溜り室75とを連通させる連通孔74が形成されている。ニードルの先端側面部78(図1に示すニードル7の下方端部)は、弁座91に接触して着座される部位である。ニードルの先端側面部78が、弁座91に密着して着座している状態から離れると、燃料溜り室75と噴孔9が連通するようになり、つまり、噴孔9と燃料通路11とが背圧室73等を介して連通するようになるため、噴孔9からの燃料噴射が許容される。一方、ニードルの先端側面部78が弁座91に着座すると、燃料通路11と噴孔9とは遮断された閉弁状態となり、噴孔9からの燃料噴射が停止される(図1に示す状態)。また、ニードル7が閉弁状態から、ニードルの先端側面部78が弁座91から離れる方向である開弁方向に最大変位した状態を開弁状態とする(図2に示す状態)。
The
ニードル案内シリンダ71は、円筒状体であり、軸方向上端部がピストン案内シリンダ61に固定され、軸方向下端部がノズルボディ3の噴孔9側の内壁面と所定の間隔を設けるように配置されている。噴孔9側のニードル7の外壁、ニードル案内シリンダ71の内周壁、及びノズルボディ3の内壁面の間には、円環状の圧力制御室77が形成されている。
The
背圧室73は、ニードル案内シリンダ71の軸方向上端部とピストン案内シリンダ61の軸方向下端部とが当接して設置されることにより、両者とニードル7の反噴孔9側の端部(軸方向上端部)との間に形成される空間である。背圧室73は、ピストン案内シリンダ61を貫通する通路65によって、燃料通路11と通じている。
The
ニードル案内シリンダ71の内周壁には、ニードル7の外周壁が摺動可能(ニードル案内シリンダ71に対してニードル7が軸方向にすべることが可能であること)に接している。これにより、ニードル7は、ニードル案内シリンダ71によって軸方向に往復移動可能に案内されるため、往復変位することができる。ニードル7が弁座91に着座するとき、ニードル7の軸方向上端部とピストン案内シリンダ61の軸方向下端部との間には、所定の隙間が形成されるようになっている。この隙間により、ニードル7は、ニードルの先端側面部78が弁座91に接する位置から、ニードル7の軸方向上端部がピストン案内シリンダ61の軸方向下端部に接する位置まで移動可能になる。つまり、ニードル7の最大リフト量は、上記隙間によって規定される。
The outer peripheral wall of the
背圧室73には、第一の付勢部材としての第1スプリング72が収容されている。第1スプリング72は、軸方向下端部がニードル7に接し、軸方向上端部がピストン案内シリンダ61の軸方向下端部に接しており、ニードル7を弁座91に向かう方向、すなわち閉弁方向へ付勢する。燃料溜り室75には、連通孔74を通じて背圧室73から燃料が流入する。
The
ピストン案内シリンダ61は、その内周壁に第一のピストン6が摺動可能に案内されている。第一のピストン6は、円柱状体であり、第一のピストン6の軸方向上端部に径方向外側に延びる鍔部63を備えている。第一のピストン6は、ピストン案内シリンダ61の軸方向上端部側から軸方向下方(図1の下方向)に向けてピストン案内シリンダ61の内周壁面に挿入されることにより、第一のピストン6の下端部とピストン案内シリンダ61の内周壁面との間に加圧室64が形成される。そして、第一のピストン6の外周壁は、ピストン案内シリンダ61の内周壁に対して軸方向に摺動可能(ピストン案内シリンダ61に対して第一のピストン6が軸方向にすべることが可能であること)に接している。第一のピストン6は、ピストン案内シリンダ61の内周壁によって軸方向に往復移動可能に案内されるため、往復変位することができる。
The
ピストン案内シリンダ61の外周側には、第二の付勢部材としての第2スプリング62が設けられている。第2スプリング62は、軸方向上端部がピストン案内シリンダ61と接し、軸方向下端部が第一のピストン6の鍔部63と接しており、第一のピストン6を軸方向上方(図1の上方向)へ、すなわち加圧室64の容積が増大する方向へ付勢する。第2スプリング62の付勢力によって、加圧室64の容積が増大する方向へ第一のピストン6が移動すると、加圧室64の圧力は低下する。
A
また、加圧室64は、ピストン案内シリンダ61に形成される通路66と、ニードル案内シリンダ71を軸方向に貫通するように形成される通路76とによって、圧力制御室77に連通している。これにより、第一のピストン6が軸方向下方(噴孔9に向かう方向、つまり閉弁方向)へ移動して加圧室64の容積が小さくなって圧力が高まると、この圧力が通路66及び通路76を通じて圧力制御室77に伝えられて圧力制御室77の圧力が高くなり、ニードル7を第1スプリング72の弾性力に抗して軸方向上方(噴孔9から遠ざかる方向、つまり開弁方向)へ移動させる。このニードル7の軸方向上方への移動により、ニードルの先端側面部78が弁座91に着座している状態から離れると、噴孔9と燃料通路11とが背圧室73等を介して連通するようになり、噴孔9からの燃料噴射が許容される。
The pressurizing
ピストン案内シリンダ61は、軸方向下端部においてその中央部が軸方向上方に円筒状に凹む凹部67を備えている。この凹部67には、円筒の第二のピストン8が軸方向に摺動可能に収容されている。第二のピストン8は、軸方向に変位可能であるとともに、連結棒12によってニードル7に連結されており、噴孔9を閉じる閉弁状態にあるニードル7とともに変位可能である。さらに、第二のピストン8の外周面は、凹部67の内周面に内接する形状であり、シール部材として外側に嵌められているOリング82によって、当該外周面と当該内周面との隙間はシールされている。
The
第二のピストン8は、凹部67の軸方向上方側の底部と第二のピストン8の軸方向上端部との間に所定容積の空間部を形成するように、配置されている。この空間部は、第二のピストン8に対して開弁方向(軸方向上方)の側に隣接して設けられ、第二のピストン8の変位に応じて容積変化する密閉された室であって、所定の液体が封入されている圧力バランス室81である。すなわち、圧力バランス室81は、ニードル7が噴孔9から離れる方向である開弁方向に第二のピストン8に対して作用する力とバランスするように圧縮される圧力バランス手段として機能する。当該所定の液体としては、その体積弾性係数K(Pa)の観点から、水、軽油を採用することができる。
The
第二のピストン8とニードル7とを連結する連結棒12は、第二のピストン8に固着されている連結棒の上端部12aと、ニードル7に形成された摺動空間部13に収容されている連結棒の下端部12bと、当該上端部12a及び当該下端部12bを繋ぐ軸部12cと、を含んで構成されている。連結棒の上端部12aは、連結棒12の一方側の端部であり、連結棒12が一方側の相手側部材である第二のピストン8に対し相対変位しないで一体に変位するように第二のピストン8に固定されている。すなわち、連結棒の上端部12aは、常に同時に第二のピストン8と軸方向に変位する。さらに連結棒の下端部12bは、軸部12cの軸径よりも大きい直径の球体状をなす連結棒12の他方側の端部であり、閉弁状態のときに、連結棒12が他方側の相手側部材であるニードル7に対し相対変位しないで一体に変位可能であり、閉弁状態から開弁状態に向かうときにニードル7に対し相対変位するように、ニードル7の摺動空間部13に収容されている。
The connecting
摺動空間部13は、背圧室73の軸方向下方の底壁部に相当するニードル7の軸方向上端部に開口し、軸方向下方に所定長さ延びるように形成された筒状の凹部である。摺動空間部13は、連結棒の下端部12bにおける外周面の一部が内接して連結棒の下端部12bが摺動可能となる筒状の摺動凹部13bと、摺動凹部13bよりも内径が小さく形成されて連結棒12の軸部12cが摺動可能に内接する摺動筒部13cと、摺動凹部13bと摺動筒部13cの接続部分であって、連結棒の下端部12bの外形に沿う形状の内壁面によって形成され、当該内壁面に当接させて連結棒の下端部12bの軸方向上方への移動を阻止するストッパ部13aと、を一体に形成してなる筒状の凹部である。
The sliding
摺動筒部13cは、連結棒12の軸部12cの外径よりもわずかに大きい内径でニードル7の軸方向上端部に開口して軸方向下方に延びる内円筒状で、摺動凹部13bに繋がっている。摺動凹部13bは、第二のピストン8と一体に変位する連結棒の下端部12bの軸方向変位長さよりも長い軸方向長さを有する内壁面によって形成される有底の内円筒状部をなしている。すなわち、ストッパ部13aは、摺動筒部13cから摺動凹部13bに移行する部分であって内径寸法が徐々に拡大する内壁面部によって形成されており、連結棒の下端部12bの座面でもある。
The sliding
上記構成により、連結棒12及び摺動空間部13は、第二のピストン8がニードル7に対し相対変位しないで一体に変位する一体変位状態と、当該一体変位状態が解除される非一体変位状態と、を生成する一体変位・解除生成手段として機能する。一体変位状態は、連結棒の下端部12bがストッパ部13aに当接した状態で、両者が軸方向にその状態を維持したまま一体に変位する状態である。この状態ではニードル7、連結棒12及び第二のピストン8は互いに相対変位することなく一体に変位する。つまり、一体変位状態においては、ノズルボディ3に対するニードル7、連結棒12及び第二のピストン8の各変位長さは同等である。
With the above-described configuration, the connecting
非一体変位状態は、連結棒の下端部12bがストッパ部13aに当接しないことによって生成する状態であり、連結棒12及び第二のピストン8とニードル7とは相対変位する状態である。この状態では、連結棒12及び第二のピストン8は、ニードル7の変位長さに対して、短い変位長さで一体に変位する。つまり、ニードル7が開弁方向に変位したときには、その変位量よりも連結棒12及び第二のピストン8の変位量は小さくなる。これは、第二のピストン8を軸方向上方に押し上げようとする力と圧力バランス室81の液体の圧力がバランスし、第二のピストン8の変位によって圧力バランス室81が小さくなり、圧力バランス室81に封入されている液体が圧縮されるからである。
The non-integral displacement state is a state generated when the
そして、一体変位・解除生成手段を構成する連結棒12及び摺動空間部13は、閉弁状態のときには一体変位状態を維持するとともに、ニードル7が閉弁状態から開弁方向に最大変位する開弁状態に向かうときに、一体変位状態を解除して非一体変位状態を生成する。この非一体変位状態では、さらに圧力バランス室81は第二のピストン8を軸方向上方に押し上げる力とバランスするように圧縮され、第二のピストン8を閉弁方向に押し返すように支持し、第二のピストン8の変位量が決定されることになる。
The connecting
さらに、第二のピストン8は、圧力バランス室81に封入されている液体に対して軸方向の力を作用させる部分の直径寸法DPが、閉弁状態時にノズルボディ3の内壁面に着座するニードル7の直径寸法DN、いわゆる弁部材のシート径寸法DSに等しくなるように構成されることが好ましい。
Further, the
アクチュエータ5は、第一のピストン6よりも軸方向上方側(噴孔9と反対側)に設けられている。アクチュエータ5は、電気駆動部である圧電素子からなるピエゾスタック51を有し、ピエゾスタック51の伸縮によって第一のピストン6を駆動する。ピエゾスタック51は、例えばPZT等の圧電セラミック層と電極層とを交互に積層したものであり、電気的なエネルギが充電されることにより積層方向、すなわちハウジング本体2の軸方向に伸長する。一方、ピエゾスタック51から電気的なエネルギが放電されることにより軸方向に収縮する。
The
ピエゾスタック51は、ケーシング52によって側部を支持された状態で伸縮動作する。ピエゾスタック51の軸方向下方(噴孔9に向かう方向)の端部には、第一のピストン6の軸方向他端部に接触するプッシュロッド53が設けられている。プッシュロッド53は、ピエゾスタック51の伸縮に応じた作用力を第一のピストン6に与える。
The
ピエゾスタック51の軸方向上方(噴孔9とは反対側)の端部には、ケーシング52とともにピエゾスタック51を支持するスタックハウジング10が設けられている。スタックハウジング10は、軸方向上方端部に形成された雄ねじ部101と、雄ねじ部101よりも軸方向下方(噴孔9に向かう方向)寄りに径方向外方に鍔状に突出するスタックハウジングの鍔部102と、ピエゾスタック51の電極部に接続されるリード線を通すために中央部で軸方向に貫通する電極用通路103と、を備えている。また、スタックハウジング10に締結される蓋部材4には、電極用通路103に連通する貫通孔43が形成され、リード線は電極用通路103及び貫通孔43を通って、ハウジング本体2の外部に取り出され、ピエゾスタック51の駆動回路に接続されている。
A
ハウジング本体2の軸方向上端部には、径方向内方に突出する内方突出部22が形成されている。蓋部材4の雌ねじ部41がスタックハウジング10の雄ねじ部101にねじ締め(螺合)されると、この内方突出部22は、蓋部材4の径方向外方に突出する鍔部42とスタックハウジングの鍔部102とによって両側から挟まれるため、蓋部材4とスタックハウジング10はハウジング本体2に固定されることになる。
An inward protruding
燃料噴射弁1の各部品を組み立てる場合には、内部に設置したニードル案内シリンダ71に対し、ニードル7、連結棒12、第二のピストン8、第一のピストン6及びピストン案内シリンダ61を一体にしたものをノズルボディ3内の所定の位置に設置し、これに対してアクチュエータ5等を所定の位置に配したハウジング本体2を組み合わせて両者を固定する。そして、蓋部材4を締結することによってハウジング本体2の軸方向上端部をスタックハウジング10と蓋部材4とで挟み込み、各部品が一体になり組み立てられる。なお、ニードル7、連結棒12、第二のピストン8、第一のピストン6及びピストン案内シリンダ61を一体にした組立て品に対しては、この組立て品をノズルボディ3内に設置する前に、圧力バランス室81に上記所定の液体を封入することが必要である。すなわち、組立て品の圧力バランス室81に対して、上記所定の液体を所定量注入し、栓部材83により外部から栓をして封止する。
When assembling the components of the
次に、燃料噴射弁1の作動について説明する。ピエゾスタック51が充電されていないときピエゾスタック51は収縮している。このとき、第一のピストン6は第2スプリング62によって図1の上方に付勢されるため、加圧室64の圧力は高くなく、加圧室64と連通する圧力制御室77の圧力も同等である。また、背圧室73には、燃料通路11の燃料の圧力も作用しており、この圧力によってニードル7は図1の下方に押されている。よって、ニードル7は、圧力制御室77の圧力によって図1の上方に押される力よりも、第1スプリング72によって図1の下方に付勢される力及び背圧室73での燃料による圧力の方が大きいため、図1の下方へ移動しており、ニードルの先端側面部78が弁座91に接触して着座している。したがって、ピエゾスタック51が充電されていないとき、閉弁状態であり、噴孔9からの燃料の噴射は停止されている(以上、図1参照)。
Next, the operation of the
このとき連結棒の下端部12bは、ニードル7に形成されたストッパ部13aによって保持されて、第二のピストン8の軸方向上方への移動が阻止されるため、ニードル7の閉弁によって、連結棒12を介してニードル7と第二のピストン8は、互いに相対変位せず一体に変位する一体変位状態にある。また、このような閉弁状態(一体変位状態)であるとき、圧力バランス室81は、その軸方向長さ寸法がLP1となって、封入液体が第二のピストン8に軸方向上方に作用する力とバランスしている。
At this time, the
ピエゾスタック51の充電が開始されると、ピエゾスタック51は伸長し、プッシュロッド53によって第一のピストン6は第2スプリング62の付勢力に抗して図1の下方へ移動する。第一のピストン6の移動に伴って加圧室64の燃料は加圧され、加圧室64と連通する圧力制御室77の圧力が増大する。そして、圧力制御室77の圧力によって、ニードル7を図1の上方へ押す力が大きくなる。そして、ニードル7を図2のように上方へ押す力が第1スプリング72の付勢力等よりも大きくなると、ニードル7は図2の上方へ移動し、ニードルの先端側面部78は弁座91から離れる。これにより、噴孔9は開放され、背圧室73の燃料は連通孔74を通って燃料溜り室75から噴孔9へ流出する。したがって、ピエゾスタック51に充電されると、ニードル7の軸方向上方(開弁方向)への変位量が最大となる開弁状態(ニードル7が最上点にある状態)になり、噴孔9は開放され噴孔9から燃料が噴射される(以上、図2及び図3参照)。
When charging of the
このとき連結棒の下端部12bは、図1の状態よりも摺動空間部13に対して軸方向上方に移動してストッパ部13aに当接していないため、ストッパ部13aによる規制から解放されて、第二のピストン8の軸方向上方への移動が許容される状態である。すなわち、第二のピストン8及び連結棒12は、ニードル7に対して軸方向に変位可能な非一体変位状態にある。また、このような非一体変位状態を維持する開弁状態であるとき、ニードル7は閉弁状態から軸方向上方に寸法ΔLN変位し、圧力バランス室81はその軸方向長さ寸法が上記LP1よりも短いLP2となって、封入液体が第二のピストン8に軸方向上方に作用する力とバランスしている。したがって、図1の閉弁状態から図2の開弁状態にわたる第二のピストン8の変位量ΔLPは、LP1からLP2を差し引いた値であり、この間にニードル7はΔLN変位し、両者は、ΔLP=LP1−LP2<ΔLNの関係である。
At this time, the
次に、図2及び図3に示す開弁状態における第二のピストン8の変位量についてさらに説明する。圧力バランス室81の封入液体の圧力と体積との関係は、以下の式1を満たす。
Next, the displacement amount of the
(式1)
ΔP=K・(ΔV/V0)
ただし、ΔPは圧力(Pa)、Kは体積弾性係数(Pa)、ΔVは液体の圧縮される体積(m3)、V0は開弁状態の液体体積(m3)である。
(Formula 1)
ΔP = K · (ΔV / V 0 )
However, [Delta] P is the pressure (Pa), K is the bulk modulus (Pa), [Delta] V volume to be compressed liquid (m 3), V 0 is the liquid volume in the valve opening state (m 3).
例えば、燃料噴射弁1において、ΔP=40(MPa)、K=2(GPa)、第二のピストン8の直径寸法を2(mm)、初期状態の圧力バランス室の軸方向長さを0.5(mm)と設定する。そして、これらの値を上記の式1に代入してΔVを算出した結果は、
ΔV=1.0×10−11・π(m3)となる。
For example, in the
ΔV = 1.0 × 10 −11 · π (m 3 ).
さらに、閉弁状態から開弁状態にわたる第二のピストン8の変位量ΔLPは、算出されたΔVを第二のピストン8の断面積で割ることにより、10(μm)となる。そして、閉弁状態から開弁状態にわたるニードル7のリフト量(変位量)ΔLNは、ΔLPよりも大きくなるように設定すれば、閉弁状態から開弁状態に移行する間に一体変位状態から非一体変位状態に遷移させることが可能になる。また、ΔLNは、60〜100(μm)の範囲に設定するのが好ましく、本実施形態ではこのように設定することにより、開弁状態でのニードル7と第二のピストン8の同時変位を確実に解消し、ニードル7が第二のピストン8に対して相対変位可能となり、高圧燃料によって増加傾向にあるニードル7に働く閉弁力の増大を緩和することができる。したがって、燃料噴射弁1においてニードル7を開弁方向に強制的に駆動させる力を大きくすることを軽減できる。
Furthermore, the displacement amount ΔLP of the
ピエゾスタック51の充電後、放電が開始されると、ピエゾスタック51は収縮する。ピエゾスタック51の収縮にともなって、第2スプリング62の付勢力により第一のピストン6はピエゾスタック51とともに上方へ移動する。第一のピストン6が上方へ移動することにより、加圧室64の油圧が低下して、圧力制御室77の圧力も低下する。そして、圧力制御室77の圧力によってニードル7を上方へ押す力が第1スプリング72の付勢力等よりも小さくなると、ニードル7は下方へ移動し、ニードルの先端側面部78は再び弁座91に着座する。したがって、燃料溜り室75と噴孔9との連通が閉じられ、噴孔9からの燃料の噴射は終了する(図1に示す状態)。
When discharging starts after the
本実施形態の燃料噴射弁1がもたらす作用効果について述べる。燃料噴射弁1は、ノズルボディ3の内部で軸方向に往復変位して噴孔を開閉し、噴孔からの燃料の噴出を許容及び停止するニードル7と、軸方向に伸縮して第一のピストン6を往復変位させることにより圧力制御室77の内圧を制御してニードル7を往復変位させるアクチュエータ5と、ニードル7に連結され、閉弁状態にあるニードル7とともに変位する第二のピストン8と、開弁方向に第二のピストン8に対して作用する力とバランスするように圧縮される圧力バランス手段としての圧力バランス室81と、第二のピストン8がニードル7に対し相対変位しないで一体に変位する一体変位状態、及び当該一体変位状態が解除される非一体変位状態を生成する一体変位・解除生成手段と、を備える。
The effect which the
当該一体変位・解除生成手段は、閉弁状態のときに一体変位状態を維持するとともに、閉弁状態から開弁状態に向かうときに一体変位状態を解除し、さらに圧力バランス室81は第二のピストン8に対して開弁方向に作用する力とバランスするように圧縮されて第二のピストン8を閉弁方向に支持する。
The integral displacement / release generation means maintains the integral displacement state when the valve is closed, releases the integral displacement state when moving from the closed state to the open state, and the
前述の従来技術では、燃料噴射弁の燃料を高圧にして未燃成分等の排出抑制を図ろうとするほど、ニードルに働く閉弁力が大きくなる。当該閉弁力が増大すると、ニードルの開弁及び閉弁の応答性を確保するために、弁部材を開弁させるための強制的な開弁力を強化する必要がある。そこで本実施形態によれば、第二のピストン8とニードル7との間で一体変位状態と非一体変位状態とを生成する一体変位・解除生成手段を備えるため、当該一体変位・解除生成手段によって、閉弁状態のときに一体変位状態を維持し、閉弁状態から開弁状態に向かうときに一体変位状態を解除して非一体変位状態にすることができる。ニードル7が閉弁状態から開弁状態に向かうときにニードル7に作用する力が第二のピストン8に連動しない構造を実現できる。
In the above-described prior art, the valve closing force acting on the needle increases as the fuel in the fuel injection valve is increased in pressure to suppress the discharge of unburned components and the like. When the valve closing force increases, it is necessary to strengthen the forcible valve opening force for opening the valve member in order to ensure the responsiveness of opening and closing of the needle. Therefore, according to the present embodiment, since the integrated displacement / release generating means for generating the integral displacement state and the non-integral displacement state between the
これにより、圧力バランス室81は、ニードル7に働く作用力の影響を受けずに、圧縮されてバランスして第二のピストン8を支持する。このため、燃料圧力によるニードル7を閉弁しようする力の作用が打ち消され、バランス状態に近づきながら、ニードル7の開弁状態を実施することができる。したがって、ニードル7に働く閉弁力に打ち勝つためにアクチュエータ5等により発生させる開弁力を抑制することができる。当該開弁力を抑制できることにより、ニードル7を開弁方向に駆動するための機構の強化や大型化を抑制できるので、燃料噴射弁1のコストパフォーマンスの向上や小型化に大きな効果を奏する。
Thereby, the
また、開弁状態においては非一体変位状態であるから、ニードル7が閉弁する方向(軸方向下方)に変位しようとするときに、圧力バランス室81の圧力の影響を受けないようにし、ニードル7の下降を阻害することがない。したがって、ニードル7の閉弁及び開弁の応答性向上にも貢献できる。
Since the
以上から本実施形態の燃料噴射弁1によれば、燃料圧力を高圧に設定しても上記問題を解決できるため、燃料の高圧化によって、すすや未燃成分の排出の抑制、高効率の燃焼による高出力を得ることができる。
As described above, according to the
また、燃料噴射弁1において一体変位・解除生成手段は、第二のピストン8とニードル7とを連結する連結棒12の一方側が一方の相手部材である第二のピストン8に対し相対変位しないで一体に変位するように固定され、連結棒12の他方側が、閉弁状態のときに他方の相手部材であるニードル7に対し相対変位しないで一体に変位可能であり、閉弁状態から開弁状態に向かうときにニードル7に対し相対変位することにより構成されている。
Further, in the
この構成によれば、連結棒12と第二のピストン8との一体変位構造、及びニードル7との相対変位構造によって一体変位・解除生成手段を構成する。このため、簡素な機械的構造によって一体変位・解除生成手段を実現でき、製品のコストパフォーマンス向上及び小型化に大きな効果が期待できる。
According to this configuration, the integral displacement / release generating means is configured by the integral displacement structure of the connecting
また、他方の相手部材であるニードル7には、軸方向に延びるように形成されて連結棒の下端部12b(連結棒の他方側端部)を摺動可能に収容する摺動空間部13が形成されている。閉弁状態のときには、連結棒の下端部12bが摺動空間部13のストッパ部13aに軸方向に当接して、ニードル7及び連結棒12は相対変位しないで一体に変位する。閉弁状態から開弁状態に向かうときに、ストッパ部13aと連結棒の下端部12bの当該当接が解除されて、連結棒12はニードル7に対し相対変位するようになる。
The
これによれば、連結棒の下端部12bが閉弁状態でストッパ部13aに当接することによって軸方向の移動が規制されて一体変位状態になり、閉弁状態から開弁状態に向かうときに当該規制が解除されて相対変位可能な状態になる。これにより、ニードル7に上記形状を備える摺動空間部13を形成することで、部品点数の少ない簡素なメカニズムであって動作不良が低減できる有用な一体変位・解除生成手段が得られる。
According to this, when the
また、圧力バランス手段は、第二のピストン8に対して開弁方向の側に隣接して設けられ、第二のピストン8の変位に応じて容積変化する密閉された室であって、液体が封入される圧力バランス室81によって構成される。
The pressure balance means is a sealed chamber that is provided adjacent to the
これによれば、圧力バランス室81を満たす液体として好ましい体積弾性係数を有する物質(例えば、水、軽油)を採用すれば、圧力バランス室81の圧縮の程度を容易に調節可能であり、閉弁状態から開弁状態に至る第二のピストン8の変位量を、ニードル7のリフト量に対して適切な範囲に設定することが行い易くなる。したがって、部品点数の少ない簡素なメカニズムで、製品仕様とおりに製造し易く、生産性にも優れた燃料噴射弁1が得られる。
According to this, if a substance (for example, water, light oil) having a preferable bulk modulus as a liquid that fills the
また、第二のピストン8は、圧力バランス室81の液体に対して軸方向の力を作用させる部分の直径寸法DPが、閉弁状態でノズルボディ3の内壁面に着座するニードル7の直径寸法DN(シート径直径DS)に等しくなるように構成されている。
Further, the
燃料噴射弁においてニードル7の直径寸法(シート径)に対して、第二のピストン8の直径寸法が小さいと、装置内において閉弁方向に働く力が増加する傾向にあり、逆に第二のピストン8の直径寸法が大きいと、装置内において開弁方向に働く力が増加する傾向にある。そこで、ニードル7のシート径と第二のピストン8の直径寸法とを同等にすることにより、燃料圧力に起因する閉弁力を打ち消し易い製品生産が容易になる。また、圧力バランス室81の液体圧力と弁部材に作用する力との良好なバランス状態が保ち易くなり、製品性能、生産性に優れた燃料噴射弁1を提供できる。
If the diameter dimension of the
また、第二のピストン8には、圧力バランス室81に封入されている液体が外部に漏れることを防ぐシール部材としてのOリング82が装着されている。これによれば、Oリング82によるシール構造を備えることにより、圧力バランス室81の液体圧力が適切に保たれる。このため、圧力バランス室81は、油圧による閉弁力のキャンセル機能、開弁状態からのニードル7の下降応答性等の働きを長期的かつ安定して発揮することができる。
The
(第2実施形態)
第2実施形態は、第1実施形態に対して圧力バランス手段の構成が異なる。図4は第2実施形態に係る燃料噴射弁1Aの構成を部分拡大して示す縦断面図であり、開弁状態を示している。
(Second Embodiment)
The second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the pressure balance means. FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a partially enlarged configuration of the
図4に示すように、第二のピストン8Aとニードル7Aとを連結する連結棒14は、ニードル7Aに固着されている連結棒の下端部14bと、第二のピストン8Aに形成された摺動空間部15に収容されている連結棒の上端部14aと、当該上端部14a及び当該下端部14bを繋ぐ軸部14cと、を含んで構成されている。連結棒の下端部14bは、連結棒14の一方側の端部であり、連結棒14が一方側の相手側部材であるニードル7Aに対し相対変位しないで一体に変位するようにニードル7Aに固定されている。すなわち、連結棒の下端部14bは、常に同時にニードル7Aと軸方向に変位する。連結棒の上端部14aは、軸部14cの軸径よりも大きい直径の球体状をなす連結棒14の他方側の端部であり、閉弁状態のときに、連結棒14が他方側の相手側部材である第二のピストン8Aに対し相対変位しないで一体に変位可能であり、閉弁状態から開弁状態に向かうときに第二のピストン8Aに対し相対変位するように、第二のピストン8Aの摺動空間部15に収容されている。
As shown in FIG. 4, the connecting
摺動空間部15は、背圧室73の軸方向上方の天井壁部に相当する第二のピストン8Aの軸方向下端部に開口し、軸方向上方に所定長さ延びるように形成された筒状の凹部である。摺動空間部15は、連結棒の上端部14aにおける外周面の一部が内接して連結棒の上端部14aが摺動可能となる筒状の摺動凹部15aと、摺動凹部15aよりも内径が小さく形成されて連結棒14の軸部14cが摺動可能に内接する摺動筒部15cと、摺動凹部15aと摺動筒部15cの接続部分であって、連結棒の上端部14aの外形に沿う形状の内壁面によって形成され、当該内壁面に当接させて連結棒の上端部14aの軸方向上方への移動を阻止するストッパ部15bと、を一体に形成してなる筒状の凹部である。
The sliding
摺動筒部15cは、連結棒14の軸部14cの外径よりもわずかに大きい内径で第二のピストン8Aの軸方向下端部に開口して軸方向上方に延びる内円筒状で、摺動凹部15aに繋がっている。摺動凹部15aは、ニードル7Aと一体に変位する連結棒の上端部14aの軸方向変位長さよりも長い軸方向長さを有する内壁面によって形成される有底の内円筒状部をなしている。すなわち、ストッパ部15bは、摺動筒部15cから摺動凹部15aに移行する部分であって内径寸法が徐々に拡大する内壁面部によって形成されており、連結棒の上端部14aの座面でもある。
The sliding cylinder portion 15c is an inner cylindrical shape that has an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the
上記構成により、連結棒14及び摺動空間部15は、第二のピストン8Aがニードル7Aに対し相対変位しないで一体に変位する一体変位状態と、当該一体変位状態が解除される非一体変位状態と、を生成する一体変位・解除生成手段として機能する。一体変位状態は、連結棒の上端部14aがストッパ部15bに当接した状態で、両者が軸方向にその状態を維持したまま一体に変位する状態である。この状態ではニードル7A、連結棒14及び第二のピストン8Aは互いに相対変位することなく一体に変位する。つまり、一体変位状態においては、ノズルボディ3に対するニードル7A、連結棒14及び第二のピストン8Aの各変位長さは同等である。
With the above-described configuration, the connecting
非一体変位状態は、連結棒の上端部14aがストッパ部15bに当接しないことによって生成する状態であり、連結棒14及びニードル7Aと第二のピストン8Aとは相対変位する状態である。この状態では、第二のピストン8Aは、連結棒14及びニードル7Aの変位長さに対して、短い変位長さで一体に変位する。つまり、ニードル7Aが連結棒14とともに開弁方向に変位したときには、その変位量よりも第二のピストン8Aの変位量は小さくなる。これは、第二のピストン8Aを軸方向上方に押し上げようとする力と圧力バランス室81の液体の圧力がバランスし、第二のピストン8Aの変位によって圧力バランス室81が小さくなり、圧力バランス室81に封入されている液体が圧縮されるからである。
The non-integral displacement state is a state generated when the
そして、一体変位・解除生成手段を構成する連結棒14及び摺動空間部15は、閉弁状態のときには一体変位状態を維持するとともに、ニードル7Aが閉弁状態から開弁方向に最大変位する開弁状態に向かうときに、一体変位状態を解除して非一体変位状態を生成する。この非一体変位状態では、さらに圧力バランス室81は第二のピストン8Aを軸方向上方に押し上げる力とバランスするように圧縮され、第二のピストン8Aを閉弁方向に押し返すように支持し、第二のピストン8Aの変位量が決定されることになる。
The connecting
次に、燃料噴射弁1Aの作動について説明する。ピエゾスタック51が充電されていないとき、第1実施形態の説明と同様に閉弁状態となり、噴孔9からの燃料の噴射は停止されている。このとき連結棒の上端部14aは、第二のピストン8Aに形成されたストッパ部15bに当接して移動を規制され、第二のピストン8Aは軸方向上方への移動が阻止されるため、ニードル7Aの閉弁によって、連結棒14を介してニードル7Aと第二のピストン8Aは、互いに相対変位せず一体に変位する一体変位状態にある。また、このような閉弁状態(一体変位状態)であるとき、圧力バランス室81は、その軸方向長さ寸法がLP1となって(図1参照)、封入液体が第二のピストン8Aに軸方向上方に作用する力とバランスしている。
Next, the operation of the
ピエゾスタック51に充電されると、第1実施形態の説明と同様に、ニードル7Aの軸方向上方(開弁方向)への変位量が最大となる開弁状態(ニードル7Aが最上点にある状態)になり、噴孔9は開放され噴孔9から燃料が噴射される(以上、図4参照)。
When the
このとき連結棒の上端部14aは、閉弁状態のときよりも摺動空間部15に対して軸方向上方に移動してストッパ部15bに当接していないため、ストッパ部15bによる規制から解放されて、第二のピストン8Aの軸方向上方への移動が許容される状態である。すなわち、第二のピストン8Aは、連結棒14及びニードル7Aに対して軸方向に変位可能な非一体変位状態にある。また、このような非一体変位状態を維持する開弁状態であるとき、ニードル7Aは閉弁状態から軸方向上方に寸法ΔLN変位し、圧力バランス室81はその軸方向長さ寸法が上記LP1よりも短いLP2となって、封入液体が第二のピストン8Aに軸方向上方に作用する力とバランスしている。
At this time, the
本実施形態の燃料噴射弁1Aがもたらす作用効果について述べる。燃料噴射弁1Aにおいて一体変位・解除生成手段は、第二のピストン8Aとニードル7Aとを連結する連結棒14の一方側が一方の相手部材であるニードル7Aに対し相対変位しないで一体に変位するように固定され、連結棒14の他方側が、閉弁状態のときに他方の相手部材である第二のピストン8Aに対し相対変位しないで一体に変位可能であり、閉弁状態から開弁状態に向かうときに第二のピストン8Aに対し相対変位することにより構成されている。
The effects brought about by the
この構成によれば、連結棒14とニードル7Aとの一体変位構造、及び第二のピストン8Aとの相対変位構造によって一体変位・解除生成手段を構成する。このため、簡素な機械的構造によって一体変位・解除生成手段を実現でき、製品のコストパフォーマンス向上及び小型化に大きな効果が期待できる。
According to this configuration, the integral displacement / release generating means is constituted by the integral displacement structure of the connecting
また、他方の相手部材である第二のピストン8Aには、軸方向に延びるように形成されて連結棒の上端部14a(連結棒の他方側端部)を摺動可能に収容する摺動空間部15が形成されている。閉弁状態のときには、連結棒の上端部14aが摺動空間部15のストッパ部15bに軸方向に当接して、第二のピストン8A及び連結棒14は相対変位しないで一体に変位する。閉弁状態から開弁状態に向かうときに、ストッパ部15bと連結棒の上端部14aの当該当接が解除されて、連結棒14は第二のピストン8Aに対し相対変位するようになる。
The
これによれば、連結棒の上端部14aが閉弁状態でストッパ部15bに当接することによって軸方向の移動が規制されて一体変位状態になり、閉弁状態から開弁状態に向かうときに当該規制が解除されて相対変位可能な状態になる。これにより、第二のピストン8Aに上記形状を備える摺動空間部15を形成することで、部品点数の少ない簡素なメカニズムであって動作不良が低減できる有用な一体変位・解除生成手段が得られる。
According to this, when the
(他の実施形態)
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the preferred embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. It is.
本発明において技術思想として含む一体変位・解除生成手段及び圧力バランス手段は、上記実施形態に記載の構成に限定するものでなく、各手段の上述する機能を果たすことが可能であれば他の構成であってもよい。 The integral displacement / release generation means and the pressure balance means included as technical ideas in the present invention are not limited to the configurations described in the above embodiment, and other configurations are possible as long as the functions described above of each unit can be achieved. It may be.
上記実施形態において、第一のピストン6に燃料通路11と加圧室64とを連通する連通通路を形成し、さらにこの連通通路に軸方向他方へ付勢されるスプリングによって当該連通通路を閉塞するチェックバルブを設けてもよい。当該チェックバルブは、加圧室64の容積が大きくなって負圧になると、燃料通路11に満たされた燃料に押されて軸方向一方(噴孔9に向かう方向)へ移動し、連通通路の閉塞を解除する。これにより、燃料通路11の燃料が連通通路を通って加圧室64に流入するようになる。
In the above embodiment, the
1…燃料噴射弁
2…ハウジング本体(ハウジング)
3…ノズルボディ(ハウジング)
5…アクチュエータ
6…第一のピストン
7,7A…ニードル(弁部材、相手部材)
8,8A…第二のピストン(相手部材)
9…噴孔
12,14…連結棒(一体変位・解除生成手段)
12a…連結棒の上端部(連結棒の一方側)
12b…連結棒の下端部(連結棒の他方側端部)
13,15…摺動空間部(一体変位・解除生成手段)
13a…ストッパ部(内壁面)
14a…連結棒の上端部(連結棒の他方側端部)
14b…連結棒の下端部(連結棒の一方側)
15b…ストッパ部(内壁面)
81…圧力バランス室(圧力バランス手段)
77…圧力制御室
82…Oリング(シール部材)
1 ...
3. Nozzle body (housing)
5 ...
8, 8A ... Second piston (mating member)
9 ...
12a: upper end of connecting rod (one side of connecting rod)
12b ... lower end of the connecting rod (the other end of the connecting rod)
13, 15 ... sliding space (integral displacement / release generation means)
13a ... Stopper (inner wall surface)
14a: upper end of the connecting rod (the other end of the connecting rod)
14b ... Lower end of connecting rod (one side of connecting rod)
15b ... Stopper (inner wall surface)
81 ... Pressure balance chamber (pressure balance means)
77 ...
Claims (6)
前記ハウジングの内部に設けられ、軸方向に往復変位して前記噴孔を開閉し、前記噴孔からの前記燃料の噴出を許容及び停止する弁部材と、
前記ハウジングの内部に設けられ、軸方向に伸縮して第一のピストンを往復変位させることにより圧力制御室の内圧を制御して前記弁部材を前記往復変位させるアクチュエータと、
前記弁部材に連結されて、前記噴孔を閉じる閉弁状態にある前記弁部材とともに変位する第二のピストンと、
前記弁部材が前記噴孔から離れる方向である開弁方向に前記第二のピストンに対して作用する力とバランスするように圧縮される圧力バランス手段と、
前記第二のピストンが前記弁部材に対し相対変位しないで一体に変位する一体変位状態及び当該一体変位状態が解除される非一体変位状態を生成する一体変位・解除生成手段と、を備え、
前記閉弁状態のときに前記一体変位・解除生成手段は前記一体変位状態を維持し、
前記弁部材が前記閉弁状態から前記開弁方向に最大変位する開弁状態に向かうときに、前記一体変位・解除生成手段は前記一体変位状態を解除し、さらに前記圧力バランス手段は前記バランスするように圧縮されて前記第二のピストンを前記閉弁方向に支持することを特徴とする燃料噴射装置。 A housing in which a nozzle hole for ejecting fuel is formed;
A valve member provided inside the housing, reciprocally displaced in the axial direction to open and close the nozzle hole, and to permit and stop the ejection of the fuel from the nozzle hole;
An actuator that is provided inside the housing and that reciprocally displaces the valve member by controlling the internal pressure of the pressure control chamber by reciprocally displacing the first piston by extending and contracting in the axial direction;
A second piston coupled to the valve member and displaced together with the valve member in a closed state to close the nozzle hole;
Pressure balancing means that is compressed so as to balance the force acting on the second piston in the valve opening direction in which the valve member is away from the nozzle hole;
An integrated displacement / release generating means for generating an integrally displaced state in which the second piston is displaced integrally without relative displacement with respect to the valve member, and a non-integrated displaced state in which the integrated displaced state is released;
The integral displacement / release generation means maintains the integral displacement state when the valve is closed,
When the valve member moves from the closed state to a valve open state where the valve member is displaced maximum in the valve opening direction, the integrated displacement / release generating unit releases the integrated displacement state, and the pressure balance unit balances the valve member. The fuel injection device is so compressed that the second piston is supported in the valve closing direction.
前記一体変位・解除生成手段は、
前記連結棒の一方側が前記第二のピストン及び前記弁部材のうち一方の相手部材に対し相対変位しないで一体に変位するように固定され、
前記連結棒の他方側が、前記閉弁状態のときに他方の相手部材に対し相対変位しないで一体に変位可能であり、前記閉弁状態から前記開弁状態に向かうときに前記他方の相手部材に対し相対変位することにより構成されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射装置。 And a connecting rod for connecting the second piston and the valve member,
The integral displacement / cancellation generating means is
One side of the connecting rod is fixed so as to be integrally displaced without relative displacement with respect to one of the second piston and the valve member,
The other side of the connecting rod can be displaced integrally without relative displacement with respect to the other mating member when the valve is closed, and the other mating member can be displaced when moving from the valve closing state to the valve opening state. 2. The fuel injection device according to claim 1, wherein the fuel injection device is constituted by relative displacement.
前記閉弁状態のときに、前記連結棒の他方側端部が前記摺動空間部を形成する内壁面に軸方向に当接して、前記他方の相手部材及び前記連結棒は相対変位しないで一体に変位し、
前記閉弁状態から前記開弁状態に向かうときに、前記摺動空間部の前記内壁面と前記連結棒の他方側端部との前記当接が解除されて、前記連結棒は前記他方の相手部材に対し相対変位することを特徴とする請求項2に記載の燃料噴射装置。 The other counterpart member is formed with a sliding space portion that extends in the axial direction and slidably accommodates the other side end portion of the connecting rod,
When the valve is closed, the other end of the connecting rod abuts against the inner wall surface forming the sliding space portion in the axial direction, and the other mating member and the connecting rod are integrated without relative displacement. Is displaced to
When moving from the valve-closed state to the valve-opened state, the contact between the inner wall surface of the sliding space portion and the other side end of the connecting rod is released, and the connecting rod is the other counterpart. The fuel injection device according to claim 2, wherein the fuel injection device is relatively displaced with respect to the member.
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